Ферромагнитный резонанс
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Ферромагнитный резонанс

Ферромагнитный резонанс, одна из разновидностей электронного магнитного резонанса; проявляется в избирательном поглощении ферромагнетиком энергии электромагнитного поля при частотах, совпадающих с собственными частотами w0 прецессии магнитных моментов электронной системы ферромагнитного образца во внутреннем эффективном магнитном поле Нэф. Ф. р. в более узком смысле – возбуждение колебаний типа однородной (во всём объёме образца) прецессии вектора намагниченности J (спиновых волн с волновым вектором k = 0), вызываемое магнитным СВЧ(сверхвысокие частоты)-полем H^, перпендикулярным постоянному намагничивающему полю H0. Однородный Ф. р., как и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), может быть обнаружен методами магнитной радиоспектроскопии. Поскольку магнитная СВЧ(сверхвысокие частоты)-восприимчивость (а следовательно, и поглощение) пропорциональна статической магнитной восприимчивости c0 = Js/H0, где Js – намагниченность насыщения ферромагнетика, то при Ф. р. поглощение на несколько порядков больше, чем при ЭПР. Благодаря спонтанной намагниченности ферромагнетика поле Нэф может существенно отличаться от внешнего поля H0 (из-за магнитной анизотропии и размагничивающих эффектов поверхности образца; см.(смотри) Размагничивающий фактор), обычно Нэф (0 даже при H0 = 0 («естественный» Ф. р.). Основные характеристики Ф. р. – резонансные частоты, релаксация, форма и ширина линий поглощения, нелинейные эффекты – определяются коллективной многоэлектронной природой ферромагнетизма. Квантовомеханическая теория Ф. р. приводит к тому же выражению для частоты Ф. р. w0, как и классическому рассмотрение w0 = gНэф, где g = gmБ/магнитомеханическое отношение, g – фактор спектроскопического расщепления (Ланде множитель), mБмагнетон Бора,  = h/2pПланка постоянная. Через Нэф частота w0 зависит от формы образца, от ориентации H0 относительно осей симметрии кристалла и от температуры. Наличие доменной структуры в ферромагнетике усложняет Ф. р., приводя к возможности появления нескольких резонансных пиков.

загрузка...

  Обычно имеют дело с неоднородным Ф. р. – возбуждением магнитным СВЧ(сверхвысокие частоты)-полем неоднородных типов коллективных колебаний Js (спиновых волн с k ¹ 0), специфичных именно для ферромагнетиков. Существование нескольких типов резонансных колебаний, ветвей Ф. р. (спиновых волн с k ¹ 0), наряду с колебаниями типа однородной прецессии (с k = 0) совершенно меняет характер магнитной релаксации и уширения линий поглощения при Ф. р. по сравнению с ЭПР. С квантовомеханической точки зрения процессы релаксации описываются как рассеяние спиновых волн друг на друге, на тепловых колебаниях (фононах) и на электронах проводимости (в металлах). Например, при однородном Ф. р. релаксация проявляется в уширении его линии поглощения на величину Dw0 = , где t0 – время релаксации, т. е. среднее «время жизни» спиновой волны с k = 0. Ширина линии DН для различных ферромагнетиков меняется в пределах от 0,1 до 103 э. Основную роль в уширении линии играют статические неоднородности: примесные атомы, поры, дислокации, мельчайшие шероховатости на поверхности образца. Наиболее узкая линия (с DН = 0,53 э) наблюдалась в монокристалле соединения Y3Fe5O12 – иттриевом феррите со структурой граната. В металлических ферромагнетиках один из главных механизмов уширения линий Ф. р. связан со скин-эффектом: СВЧ(сверхвысокие частоты)-поле из-за вихревых токов становится неоднородным и поэтому возбуждает широкий спектр спиновых волн. Существенную роль в рассеянии спиновых волн в металлических ферромагнетиках играет также взаимодействие волн с электронами проводимости. Ширина наиболее узкой линии Ф. р. в металлических ферромагнетиках по порядку величины составляет 10 э.

  Нелинейные эффекты Ф. р. определяются связью между однородной прецессией магнитных моментов и неоднородными типами колебаний, которые отсутствуют при ЭПР. Из-за указанной связи при увеличении амплитуды напряжённости магнитного поля Н^ до некоторой критической величины Н^, кр начинается быстрый (экспоненциальный) рост колебаний с определёнными волновыми числами (т. н. нестабильное возбуждение колебаний). Такой пороговый характер нестабильного возбуждения обусловлен тем, что при достижении Н^, кр, некоторые из спиновых волн с k ¹ 0 не успевают получаемую ими (от волн с k = 0) энергию передавать другим спиновым волнам или фононам.

  Магнитоупругие взаимодействия в ферромагнетиках (см. Магнитострикция) могут привести к параметрическому возбуждению нестабильных колебаний кристаллической решётки (фононов) магнитным СВЧ(сверхвысокие частоты)-полем и обратному эффекту – возбуждению спиновых волн СВЧ(сверхвысокие частоты)-полем упругих напряжений (гиперзвуком). Изучение Ф. р. привело к созданию на его основе многих СВЧ(сверхвысокие частоты)-устройств: вентилей и циркуляторов, генераторов, усилителей, параметрических преобразователей частоты и ограничителей мощности.

  Впервые на резонансный характер поглощения сантиметровых электромагнитных волн ферромагнетиками указал в 1911–13 В. К. Аркадьев.

 

  Лит.: Ферромагнитный резонанс и поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях. Сб., пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1952; Ферромагнитный резонанс, М., 1961; Гуревич А, Г,, Ферриты на сверхвысоких частотах, М., 1960; его же, Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках, М,, 1973; Моносов Я. А., Нелинейный ферромагнитный резонанс, М., 1971; Magnetism, A treatise on modern theory and materials, v. I, N. Y. – L., 1963.

  С. В. Вонсовский.