М.И. Каганов, В.М. Цукерник - Природа магнетизма, страница 37

п. - — малость скорости квазичастпц и по сравнению со скоростью света (и <'с) приводит к тому, что фотон всегда превращается в «покоящуюся» квазпчастицу (и то эп; превращение возможно, если энергия квазичастицы отл<шиа от пуля). ) )так, ферроь<агнитньй) (нли антпферромагиитный) резонанс позволяет увидеть отдельный магион, но, к сожалсп ш, только покоящийся (прп р: — 0).

Правда, полн<е<п ая ~<рп исследовании резонанса информация не ограиижншается его фиксацией, т. е. гюмсрепием энергии магнона с пулевым импульсом. Так как наблюдекие резона са означает измерение того зкачения магнитного поля, прп котором резонанс наступает, то это дает возможность установить зависимость частоты однородной прецессии от магнитного поля (определить у, выяснить роль энергии апизотропии и т. п.). Кроме того, и это, пожалуй, важнее всего, исследование резонансной кривой (рис. 67) позволяет оценить вред<я а«<гани магнона т.

Как показывает рис. 67, поглощение энергии (превращс<те фотон-+. магион) возможно пе только прн строгсм равенстве частот, но в некотором интервале Лю, =- .. уйгт', будто энергия магнона задана н< слишком тонно; у одних магнонов одна, у других несколько иная (энер- гпк; фотона для простоты считаем строго определенной).

.=.) о же можно сказать, используя «ьвантовую термннологшо» (см. стр. 25 — 27), — энергия лгагнони не ил<ест опре<)в»<»<ного значения. Квантовая механика утверждает, по энергия состояния имеет определенное значение только, если оно стационарно — существует бесконечно долго.

Если же состояние нестационарно, то существует со<этнош< нке, похожее па соотношение неопределенностей Ле.т) й или тЛю 1, (4.) 7) *) Задача. Найти условие внтиферромагиитиого резона<ма дли двухподрещеточного внтиферромвпщтнка типа <«легкэи ось» в трех его конфигурациях, Может ли быть резонанс в вптипврвллельиой конфигурацнир '*) Оптические фононы — кваэичвстицы, соответствующие таким волнам в сложных кристаллах, прн которых атомы, принвдлежмцие одной ваементауиой< ячейке, колебщотся относительно дуэт др)та, )йй где Ле — неопределенность энергии состояния, т — его градное ерелыг ясизни (существоваггггя).

Почему же магион не живет вечно? Что ограничивает его время жизни? 1(ое-что мы об этом говорили в 4 7„ гл. 3: магноны сталкиваются с другимп магнонамп. 1(роме того, онп могут сталкиваться с фононаьш, которые всьчда есть в кристаллах. Считая магион частицей (снгускан приставку «квази»), легко представить себе, что он рассеивается при столкновениях со всякпмп изрушенггямгг, практгщески всегда имеющимися в кристаллах: с чужероднымн атомамп, с граница»щ кристалгппов, с дислокациями (тзк называют края оборванных атомных плоскостей), попросту с границами образца. )гак видим, причин, укора«щвающих жизнь магнонов, много. Всю совокупносзь ях называют диссггпогггиенылги процессами (д(зз)расе — по-латынп рассеивать), Итак, грсрролгоеггггггглгогй резонанс — лгепюд изугенггя диссигющггенмх ггроцессое с гргйсгггггслг лыеноное.

Ф е р р о а к у с т и ч е с к и й резонанс Желание с помощью резонансных методов «увидеть» отдельные магноны наводит на мысль выбрать волны, «двигкущиеся» медленнее электромагггитных. В нагнем распоряжении такие волны есть. Это — звуковые волны, скорость которых в сотни тысяч раз меньше скорости света. Нельзя «увидеть», попробуем «услышать».

В результате резонансного взаимодействия фонон может превратиться в магион. Уравнение, описываюцгее законы сохранения энергии и импульса, при этом превращении будет отличаться от уравнения (4.15) только заменой скорости света с на скорость звука с,„. Таге как с,„= 10' см,гс, то это радикально меняет ситуацшо. В«удем для простоты считать, что ь„=- 2)г«',г (ггаггрггмг р, энергия анизотропии аномально мала) и будем искать го значение магнитного поля„при котором возможно резонагюное взаимодействие (резонансное поле): 21««У =- й ы — —,— '; -,—. (ггм1« (4. 18) вг»'с.„'-'„' Правая часть, как функция )гго, имеет максимум прп )го« = пчг«с'" и обращается в нуль при Лы = 2сг с,« 1 (рнс..бо). Ясно (особенно отчетливо из рисунка), что .

резонанс возможен, если 2рН с 1 2 п1«с'.-', (шаг,',!2 — значение правой части (4.18) в максимуме) прн йы ~ 2т" с'„. Если частота звука и магнитное поле таковы, что резоРас. пгп Граф««еское реааеаае урааненна («ЛЗ), сч н ма — реао- нансние аастогы ора тру с' аис„,:2. панское ноле существенно зависит от второго слагаемого в (4.18) то, пользуясь условием резонанса, можно измерить эффективную массу магнона т' («услышать» движущийся магион).

Неупругое рассеяние В обоих методах, описанных выше, «а~ентисследователь» (фотон или фонон) гибнет, своей гибелью свидетельствуя о резонансе. Не существует ли более „': «мирных» методов получения сведений о квазпчастнцер Существуют. Онн основаны на неупругом рассеянии нейтронов плн фотонов. «»супруги я рассеяние называется в том случае, если при взаимодействии с рассеивателем частица изменяет свою энергию.

Рассмотрим еще раз рассеяние нейтронов ферро- или антиферромагнетнком (см. ч 1 этой главы). У нейгрона есть много возможностей изменить свою энергию. 14а- .':", ждан характеризуется своей вероятностью. Есть н вероятность того, что нейтрон вовсе не изменит энергию. Ыы знаем, что рассеяние без изменения энергии (неупругое рассеяние) дает в надлежащих условиях сведения:,:,. о магнитной структуре кристалла. Существует конечная вероятность того, что нейтрон, пролетая через ферро- нли антиферромагнетик, излучнт (поглотит) спиновую волну нли, на корпускулярном языке, родит (поглотит) магион. Расчет вероятностей различных процессов рассеяния — непростая задача квантовой механики (мы не будем приводить соответствующие формулы даже без вьпюда), Но мы можем выясп1ггь прннипппальяую возможность рогкдетгя или погло- 190 щения магнона нейтроном, справедливо считая, что если законы сохранения разрешают процесс, то он произойдет.

Итак, црп рождении или поглотцении пейтроном мапюна должны выполняться законы сохранения энергии и икшульса. Обозначим импульс нейтрона до и после Рис. 70. графическое рсшеипе уравиышя (ада). По оси абскисс огючадтывается сиаптльс магиоиа вдоль «хорошего» ваправлеиия. Корнн уравпеиия отмечены кресгикоьт. рассеяния через ри и ри. Энергия нейтрона е„= р,'-',12гпа Импульс и энергия магнона: р и е (р). Тогда Р„Р.,' Оба закона сохранения можно записать в виде одного уравнения, правда, содержатцего векторы (для определенности мы выбрали поглощение магнова): (*.19) Х)ы хотим выяснить, имеет ли это уравнение оешение.

Если имеет, то процесс разрешен. То„что решения существуют (их, как правило, несколько), проще всего выясшпь из рис. 70. 11о если решения существуют, то этот метод дает непосредственную возможность измерения зависимости энергии магнона от его квазиимпульса. Для этого надо независимо измерить изменение импульса нейтрона (оно равно квазиимпульсу мариона 1э) и изменеш1е энергии нейтрона (оно равно энергии магнона ь (р)).

Есть много остроумных методов реализации этой идеи. Основные сведения о магноиах ферро-, ферри- и антиферромагнетиков нолучецы именно блат.одаря исследованщо нсунругото рассеяния нейтронов в иих. В последние годы в исследования магнонов включились онтикц. Сш1тезироваг1ы прозрачные магнетики. Широкое применсцис в физическом эксперименте лазеров— источников когерентного света позволило исследовать 191 неупругое рассеяние фотонов такими магнетиками. Рождение или поглощение магнопа сопровождается изменением частоть! фотона (ведь энергия фотона прог!орцпональпа его частоте). Этот эффект можно увидеть по пзмепспню цвета светового луча. Сведения о магнетиках, которые можно почерпну гь пз экспериментов по иеупругок!у рассеянию, пе исчерпыва!о!си зависимостью эпспгнп ыагнопов от их квазпимпульса. Как и прп осзонапспых исследованиях, удасгси в! !ящпль много и!гсср!ссных подробпостен о дпссппатиг! пых процессах с участием мап!опон, Рассказывая об активно живущей области 4 пауки, очень трудно поставить точку.

Вроде как обор- вап., разговор иа полуслове. Усгюка!и!ает то, что мы ставили пеоед собой вполне опрсделсю!ую задачу — — рас-:р, сказать о природе магнитках явлений и, надеемся, эгу задачу рспп!ли. О маппгшых явлениях можно рассказы- вать и рассказывать. Вероятно, читатель понял, что маги!нные свойства тел неразрывно связаны с пх микро- скопическим строением и могут быть гюпяты только при ясном понимании структуры, сосгава тел, сил, действую- :цпх между атомами, молекулами и иовами.

Иногда (но о!!подь пе всегда) к!агпитпые свойсгва как бы пзолп- р! ются: пх можно рассматривать, пс задумываясь о строе- нии микроскопических частиц. Так появляется модель газа мапштных стрелок со всеми вытекающими из исе последствиями. Зная микроскопические частицы и пх свойства, отнюдь не просто «сложитьь макроскопическую картину. Нам много раз приходилось обращаться к ста- тном,ческой физике. Может быть, те страницы, где мы оперируем понят!ты статистической физики, наиболее трудны для понимания и паимсисс наглядны. Понимая это, мы пытались помочь читателю разъяс- нениями. Не знаем, как нам это удалось, И на прощанье последнее замечание: разговаривая с читателями, мы старались объяснить только то, что моглн объяснить, имея в распоряжении ограниченные средства.

Не каждый раз мы подчеркивали это обстоятельство. Мы хотели бы, чтобы паша книга пробудила желание узнать, как объясняются факты и свойства, понимание которых тРебует более глубоких знаний, т, е. пробудило бы желание этн знания цочучить. .