Влияние внешних полей на динамические воздействия в сегнетомагнитных кристаллах

На правах рукописиШарафуллин Ильдус ФанисовичВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ПОЛЕЙНА ДИНАМИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯВ СЕГНЕТОМАГНИТНЫХ КРИСТАЛЛАХСпециальность 01.04.02 – Теоретическая физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2011Работа выполнена на кафедре статистической радиофизики и связи Башкирского государственного университетаНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор М.Х. ХаррасовОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор С.С. Кротовдоктор физико-математических наук,профессор С.М. УсмановВедущая организация:Институт проблем сверхпластичностиметаллов РАНЗащита состоится ________________ в ________ часов на заседании диссертационного совета Д.501.002.10 при Московском государственном университете имени М.В.

Ломоносова по адресу: 119991,Москва, Воробьевы горы, МГУ, дом 1 стр. 2, Физический факультет,ауд._____.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физическогофакультета МГУ имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан «___» _____________ 2012 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.002.10профессор2Ю.В. ГрацАктуальность темыФундаментальные результаты последних десятилетий в теориивзаимодействующих многих частиц были достигнуты на основе использования фундаментальных идей и математических методов, разработанных в статистической механике Н.Н. Боголюбовым.

В частности, на основе математических методов, предложенных Н.Н. Боголюбовым, были решены важнейшие математические проблемы теориисверхпроводимости, сверхтекучести, магнетизма, твердых тел [1,2].Одним из актуальных и результативных направлений исследованияпроблем статистической механики явилась техника функций Грина[3,4].Потребности науки и современной техники активизируют поиск, разработку и исследование материалов, обладающих уникальными физическими свойствами. Весьма перспективными для созданияфункциональных элементов современной микроэлектроники являютсясегнетомагнетики – структуры типа перовскита, симметрия которыхдопускает одновременное существование в определенном интервалетемператур магнитного и сегнетоэлекрического дальнего порядка.Сегнетомагнетики, к которым относится целый ряд соединений исплавов составляют значительный класс среди различных типов магнитных структур. В последние годы этот ряд пополнили оксидные соединения, являющиеся важным структурным элементом высокотемпературных сверхпроводников[5, 6].

Это обуславливает в настоящеевремя сильно возросший интерес к исследованию модельных сегнетомагнитных систем как в нормальном так и сверхпроводящем состоянии, как объекта теории многих тел в современной быстро развивающейся области теории и эксперимента - физики магнитных мультислоев, сверхструктур. В этих кристаллах существует сильное взаимодействие между упругой, магнитной и сегнетоэлектрическими частямисистемы, что явилось предметом рассмотрения в целом ряде работ(см., например, [7-10]). Отметим здесь, что такие явления в этих системах как гигантское магнитосопротивление, магнитоэлекрическийэффект в значительной степени связаны с взаимодействием магнитнойи сегнетоэлектрической подсистем кристалла.Представляет интерес с точки зрения как теории, так и практики изучение сложных физических свойств сегнетомагнитоупорядоченных систем, подверженных влиянию различных внешних физическихполей: электрического, магнитного полей и внешних механическихнапряжений.3Целью работы является исследование влияния внешних статических полей на параметры динамических взаимодействий в структурах типа перовскита на основе квантово-статитистических методовН.Н.

Боголюбова, а также изучение влияния сегнетомагнитоупругихвзаимодействий на физические параметры сегнетомагнитного кристалла на основе симметрийного подхода.Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи- Исследование магнитоэлектрического взаимодействия подвлиянием внешнего магнитного, электрического полей и внешних напряжений.- Исследование магнитоупругого взаимодействия и поведенияэффективного параметра магнон-фононного взаимодействия в магнитных системах с орторомбической кристаллической структурой вовнешних постоянных магнитном и электрическом полях.- Определение вклада в свободную энергию спиновой подсистемы, связанного с динамическими взаимодействиями спиновых волн,изучение зависимости от температуры и внешних полей энергетического спектра, намагниченности, теплоемкости орторомбическогодвухподрешеточного антиферромагнетика.- Изучение затухания спиновых и акустических волн, связанноес процессами распада, слияния и рассеяния квазичастиц.Научная новизна и практическая ценность1.

С учетом линейной по внешнему электрическому полю магнитоэлектрической связи исследованы спектры спиновых и сегнетоэлектрических волн в орторомбическом антисегнетоантиферромагнетике, а также затухание спиновых волн, определяемое процессамислияния и распада магнонов.2. На основе симметрийного анализа кристалла исследованспектр акустических волн и их затухание, определяемое процессамислияния и распада фононов при наличии магнон-фононной связи.3.

Определены полевые и температурные зависимости намагниченности, спиновой теплоемкости, коэффициентов затухания и энергетического спектра антисегнетоантиферромагнетика с линейным повнешнему электрическому полю магнитоэлектрическим эффектом. Спомощью диаграммной техники определен вклад в свободную энергию за счет взаимодействия спиновых волн, зависимость этого вкладаот внешних магнитного и электрического полей и температуры.4. Показано, что параметром магнитоупругого взаимодействияможно управлять с помощью внешних механических напряжений.4Достоверность результатов сформулированных в диссертациинаучных положений, выводов и рекомендаций подтверждается следующими положениями1. Методы теории приближенного вторичного квантования итемпературных функций Грина широко используются в теоретическойфизике и основываются на экспериментальных результатах;2.

Построение диаграмм для магнитной подсистемы с сильныммагнитоэлектрическим взаимодействием базируется на общепринятойтеории возмущений для взаимодействующих частиц;3. Полученные зависимости намагниченности в сегнетомагнетиках от температуры качественно совпадают с экспериментальнымирезультатами;4. При расчетах спектров упругих волн использован симметрийный подход, расчеты проводились на кристаллах, обладающих тетрагональной симметрией кристаллической решетки. Полученные результаты в частных случаях совпадают с ранее известными результатами.Основные положения, выносимые на защиту1.

Определены зависимости эффективных параметров магнитоэлектрического и магнитоупругого взаимодействия, спектров связанных магнитоупругих волн в орторомбических антисегнетоантиферромагнетиках от приложенного внешнего магнитного и электрическогополя, внешних напряжений;2. Исследована зависимость энергетического спектра, спонтанной намагниченности от температуры, восприимчивости и спиновойтеплоемкости от температуры, внешнего магнитного и электрическогополей, внешнего напряжения;3. В диаграммном представлении ряда теории возмущений дляфункции Грина взаимодействующих магнонов определены: вклад всвободную энергию, затухание магнонов, определяемое процессамислияния и распада магнонов друг с другом и магнонов с фононами;4.

Показано, что свойствами связанных сегнетомагнитоупругихволн в антиферромагнетиках можно управлять как внешними электрическим и магнитным полями, так и внешними напряжениями.Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались и обсуждались:на международных конференциях XLV (XLVII) Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-техническийпрогресс».

Новосибирск, 2007 г. (2009 г.), XV (XVI, XVIII) Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ло5моносов» (2008, 2009, 2011 гг.), Международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» ОМА-11 (-12, -13), (Ростов-на-Дону.2008, 2009 и 2010 гг.); 11-ом (12-ом, 13-ом) Международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» ОDPO-11 (-12, -13),(Ростов-на-Дону. 2008, 2009 и 2010 гг.); XXI Международная конференция «Новое в магнитных материалах и магнетизме», Москва, 2009,IV Евро-азиатский симпозиум по проблемам магнетизма: наноспинтроника EASTMAG – 2010, г. Екатеринбург, 2010 г, Международнаяшкола-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых“Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании”, 3-6октября 2010, г.

Уфа, Moscow International Symposium on MagnetismMISM 2011 (21-25 августа 2011) г. Москва, МГУи на российских конференциях, школах и семинарахДвенадцатой Всероссийской научной конференции студентовфизиков и молодых ученых (ВНКСФ-12, Новосибирск); ТринадцатойВсероссийской научной конференции студентов-физиков и молодыхученых (ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону), Четырнадцатой Всероссийскойнаучной конференции студентов физиков и молодых ученых (ВНКСФ– 14, Уфа), ежегодных Республиканских научных конференциях студентов и аспирантов по физике и математике (Уфа, 2007-2010), а такжена семинарах кафедры теоретической физики, кафедры статистическойрадиофизики и связи физического факультета Башкирского государственного университета.ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в работах[1-20], в том числе в 5 изданиях, рекомендуемых ВАК.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы из 106 наименований.