СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ

Предполагается, что при абсолютном нуле температуры спин в ферромагнетике ориентируются строго параллельно. Такое состояние спиновой системы можно рассматривать как основное; тогда состояние, при котором один спин или более направлены в противоположную сторону, будет возбужденным.

В рамках гейзенберговских представлений об эффективном поле, связывающем зарядовую конфигурацию одного магнитного атома с конфигурацией его соседей, переворот одного спина требует дополнительной энергии [/пер ~ JеБ2. Однако необходимая дополнительная энергия много меньше, если в кристалле возбуждается спиновая волна. Этим термином обозначают частичное возбуждение некоторого числа спинов, которое распространяется по системе спинов, подобно волне. Таким образом, спиновые волны — это волны намагниченности.

Магнон является квантом энергии спиновой волны, а возбуждение каждого магнона уменьшает полную намагниченность на один спин. Законы дисперсии для магнонов в спиновой системе ферромагнитного материала при низких температурах допустимо сравнить с законами дисперсии для фононов при описании смещений атомов на основе волновых представлений.

Понятие спиновых волн было введено Ф. Блохом в 1930 г. Используя представление о спиновых волнах, он показал, что спонтанная намагниченность при возрастании температуры должна уменьшаться по закону

где М соответствует насыщению спонтанной намагниченности при абсолютном нуле, а числовой коэффициент А определяется кристаллической структурой. Выражение (5.61) называют законом Т3'2 Блоха, и оно хорошо описывает уменьшение М в области низких температур.

Представления о спиновых волнах получили большое распространение с тех пор, как было обнаружено резонансное поглощение на спиновых волнах в тонких ферромагнитных пленках. В таких экспериментах микроволновое (СВЧ) магнитное поле прилагалось параллельно поверхности тонкой ферромагнитной пленки, а статическое магнитное поле — перпендикулярно этой поверхности. В процессе изменения статического магнитного поля было выявлено несколько значений его напряженности, при которых наблюдалось резкое возрастание поглощения микроволн. Это поглощение связано с возбуждением таких стоячих волн, для которых на толщине пленки укладывается целое число волн. Стоячие волны образуются из спиновых волн с такой конфигурацией спинов на поверхностях пленки, которая определяется магнитной анизотропией плоскости кристалла.

Известно, что из экспериментов по неупругому рассеянию нейтронов можно получить соотношение энергии фонона и его волнового вектора при выполнении законов сохранения энергии фонона и его квазиимпульса. Совершенно аналогично неупругое рассеяние медленных нейтронов может быть использовано для получения закона дисперсии для магнонов.

Экспериментально показано, что, в отличие от энергии акустических фононов, энергия магнонов растет практически пропорционально квадрату волнового вектора

магнона. Такая зависимость магнона от волнового векто-

з

ра согласуется с законом Т2.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >