Г.С. Кринчик - Физика магнитных явлений (1127398), страница 60
Текст из файла (страница 60)
5.24 продемонстрировано хорошее согласие рассчитанной таким образом кривой ао с измеренной. Таким образом, мы наглядно убеждаемся в существовании принципиально нового типа магнитооптических эффектов обменного происхождения, в то время как ранее для ферромагнитных диэлектриков и металлов обсуждались только спин-орбитальные механизмы возникновения магнитооптической активности. Таблица 5.4 Анизотроиин и-фактора ионов т'Ьа+ н еффективного обменного повн в нттербнеаом феррате-гранате [1О) кгеир Основное сесгиннне ьт = ья/п, сн н „,«э Неээ, нэ 2,82 3,61 — 3,84 11,6 25,7 29,9 87,2 157 169 349 6П 678 уье+ 343 Наблюдение обменного Зееман-эффекта позволило впервые экспериментально наблюдать анизотропню обменного поля, действующего на редкоземельный ион в феррите-гранате, В табл, 5.4 приведены полученные магнитооптическим методом данные об анизотропии д-фактора и анизотропии обменного поля, действующего на ион УЬ' в иттербиевом феррите-гранате.
Наблюдение доменных структур, измерение магнитных характеристик, магнитооптическое считывание информации. Наблюдение доменов магнитооптическими методами основано на различии поворота плоскости поляризации света или изменения интенсивности света по-разному намагниченными доменами. При этом с одинаковым успехом используются и магнитооптические эффекты прохождения света, и магнитооптические эффекты отражения, 11рименения магнитооптических методов для наблюдения доменных структур столь широки и многообразны, что для их описания потребовалась бы специальная монография. Близко к этой теме стоит и вопрос об измерении магнитных характеристик материала магнитооптическими методами. Все они основаны на использовании того обстоятельства, что величина большинства магнитооптических эффектов пропорциональна намагниченности магнетика, поэтому, измеряя зависимость эффекта от поля, мы получаем в относительных единицах зависимость Т(П), Таким способом можно, очевидно, определить все обычные магнитные характеристики материала: кривую намагничивания, петлю гистерезиса, остаточную намагниченность, коэрцитивную силу, магнитную восприимчивость, константу кристаллографической анизотропии (по поперечной составляющей намагниченности) и т.
д. Огромное число хорошо действующих измерительных установок разработано на основе этих принципов. Наконец, определение магнитного состояния отдельных образцов или отдельных участков одного и того же образца, если на этих участках была каким-либо способом записана магнитная информация, есть магнитооптическое считывание информации.
11роблемы магнитооптического считывания информации легче будет представить себе после знакомства с методами магнитооптических измерений при микронном разрешении. Прозрачные магнитные кристаллы. Хотя в неявном виде вопрос о возможности существования прозрачных магнитоупорядочениых кристаллов уже стоял ранее, его значение и перспективность следует подчеркнуть специально.
Ферромагнитные дизлекгрики, прозрачные в радио- и СВс1-диапазонах, открыты давно, в это привело к известным техническим применениям и создаппо целой отрасли промышленности, В последние годы началось успешное изучение ферродиэлектриков, прозрачных в буквальном смысле слова, т. е.
пропускающих инфракрасный и видимый свег. Хотя прозрачность --- понятие относительное, обычно принято считать прозрачными вещества, для которых глубина проникновения сравнима с длиной волны электромагнитного излучения. Список ферромагнитных соединений, имеющих «окна прозрачности» такого типа, уже достаточно обширен: здесь имеются ферромагнетики ЕцО, Еноте, СгВгм СгС!з, Стаям редкоземельные ферри- магнетики со структурой граната К,ГезОд, ферримагнетики с магяитоактивиыми д-ионами КЬ%Рз, КЬРеГз, СдСгзБм СдСг»5е,, слабые ферромагнетики — редкоземельные ортоферриты КГеО», карбонаты МпСОм СОСО,, %СО,, соединения ГеР,, ГеВО,, Г»ВО,, СзМпР,, Ыа%Г,.
Обнаружено также большое количество прозрачных аптиферромагнитных кристаллов — это прежде всего фториды МпГз, РеГм СоРм классические антиферромагнетики %0 и СгзОз, соединения КЬМпГ», К%Рз, КСоРз, КЬСоГ«, Т1СоГз, «двумерные» антиферромагнетики КзМпРм Кг%Г» и др. 344 Наиболее интересные физические эффекты, обнаруженные на прозрачных магнитоупорядоченных кристаллах, рассматриваются специально в соответствующих местах книги, здесь хотелось бы обратить внимание на возможности практического использования прозрачных ферромагнетиков.
На первое место здесь можно поставить создание управляемых устройств типа гираторов, модуляторов, оптических вентилей для лазеров, аналогичных устройствам, работающим на ферритах в диапазоне СВЧ. Описанный в предыдущем параграфе частотно-независимый эффект Фарадея открывает перспективу создания широкополосных устройств для инфракрасного диапазона частот, а обнаружение ферромагнетиков типа СдСгзБе„, прозрачных вплоть до — 1О мкм, позволяет охватить и диапазон излучения лазера на СОь Далее можно указать на эффекты, частична рассматривавшиеся выше и называемые управляемой оптикой редкоземельных ионов [12). Наличие обменного эффекта Зеемана в ферромагнитных кристаллах позволяет изменять интенсивность линии поглощения кристалла на поляризованном свете практически на 100э/а с помощью слабого внешнего магнитного поля.
Поворачивая вектор 1 в кристалле, можно управлять появлением, исчезновением, смещением узких линейно- или циркулярно-поляризованных компонент в спектре редкоземельных ионов. Все эти особенности можно наблюдать и в явлениях люминесценции, поскольку возможность изменять с помощью внешнего магнитного поля ориентацию поглощающих центров в кристалле позволяет управлять спектром поляризованной люминесценции.
Это в свою очередь открывает возможность создания управляемых лазеров, эффективной модуляции лазерного излучения и т. д. Первые успешные попытки в этом направлении уже сделаны. Серьезно обсуждаются перспективы разработки магнитооптических устройств с управляемой плоской системой цилиндрических магнитных доменов (экранов, дисплеев), которые могут найти самые разнообразные применении. Наконец, последней по перечислению, но не по значению, мож. но назвать проблему объемной голографической записи и магнитооптического считывания информации в прозрачных ферромагнитных пластинках, а также создания управляемых магнитооптических дифракционных решеток на периодических доменных структурах. Неупругое рассеяние света в магиитоупорядоченных кристаллах, Боковые спин-волновые линии в спектрах поглощения.
В этом разделе мы кратко рассмотрим большую область исследования про. зрачных магнитоупорядоченных кристаллов, связанную с процессами фотон-магнонного взаимодействия, иначе говоря, с процессами возбуждения спиновых волн светом. Первое теоретическое указание на возможность таких процессов было сделано Бассом и Кагановым в 1959 г., которые развили теорию комбинационного рассеяния света на спинавых волнах, Зйб связанного с существованием магнитной восприимчивости ферромагнетика на оптических частотах.
Первое экспериментальное наблюдение, интерпретированное как результат возбуждения комбинационных спиновых волн светом при оптических переходах, было сделано при изучении обменного эффекта Зеемана в ионах Ец'~ в 1964 г. А именно слабые линии В и С на рис. 5.24,а были отождествлены со стоксавой и антистоксовой компонентами возбуждения и поглощения оптического магнона при Й=О. Позже такие линии были обнаружены и надежно идентифицированы в антиферромагнитных кристаллах и называются сейчас спин-волновыми боковыми линиями или полосами поглощения. В результате последующих экспериментальных исследований и соответствующих теоретических работ можно выделить три типа родственных фотон-магноиных процессов в магнитоупорядоченных кристаллах: 1) комбинационное рассеяние света на магнонах в магнитоупорядоченных кристаллах, 2) спин-волновые боковые линии и 3) линии поглощения инфракрасного света, соответствующие одновременному возбуждению двух магнонов.
Наиболее интенсивно и результативно развивалось первое направление, поэтому мы только на нем и остановимся. На рис. 5.25 показаны результаты первого наблюдения комбинационного рассеяния света на спиновых волнах, проведенного в 1966 г. 117! на РеРь Пик, отстоящий от основной частоты на 52 см ', представляет рассеяние света одномагнонными возбуждениями, а пик 154 см ' — двухмагнонными. Для одномагнонных процессов рассеяния законы сохранения энергии и импульса определяют частоту Я и волновой вектор и спиновой волны ~ьз, = йьз, 3- йа, й, == й, =Ь а, (5.6.1) где индексы 1 и 2 относятся к падающему и рассеянному излучению, знак плюс — к стоксовскому, а минус — к антистоксовскому процессам. Из этих соотношений видно, что условия приблизительного равенства длин волн падающего и рассеянного света можно достичь только при возбуждении спиновых волн в центре зоны Бриллюэна, т.
е. при пыО. Отсюда следует, что сдвиг частоты одномагнонного пика должен равняться частоте антиферромагнитного резонанса (см. $ 5.3). Действительно, частота антиферромагнитного резонанса для РеРз примерно равна 52 см '. Для случая возбуждения двух магнонов вместо (5.6.1) получаем Лы,= йь,+ М вЂ”,' Ы', К, = й, + 9+ 9', (5.6.2) где 42, 42' и и, й' — частоты и волновые векторы двух одновременно родившихся спиновых вали. Эти соотношения уже не накладывают ограничений на величину 9 и ц', а требуется только 9 = — 9', т. е. одновременное возбуждение двух спиновых волн с противоположно направленными волновыми векторами. 346 щ шп кп а Л ~ПР 5Р и цгт-г Рис.
5.25. Комбинационное рассеяние света на спиновых волнах в геРз (по вертикальной оси отложена интенсивность, а по горизонтальной — сдвиг частоты относительно частоты излучения лазера) Таблица 5.5 Одно- и двухмагнонные процессы погани!ения и рассеяния ,н магнитных кристаллах [1Ц мм см 1 -1 тспаал' см Магянтягя структура го К рассеяния ~ комбивапиоиясатроков ~ иоа Раыаяние свата комбияапнои- ЛсрМ-рсаовавс нов рассеяние свата АФМ 67,4 Мнив 8,6 109,6 101,4 155,4 158,4 228 220 129 125 146 134 570 616 !06 98 154 АФМ 78,5 52,7 52 СФМ З,З 31,0 37,7 3,3 31,0 37,5 73,2 203 АФМ 37,7 118 мЬМпга АФМ 0,3 82,5 133 510 520 ЦЫЧ1Р КяХ 1Ра !39 97,! фм днумсрный АФМ АФМ 19,1 1820 !560 8,4 36,5 Ы1О 523 710 890 685 Сг,Ов 308 АФМ 129,5 Сбсг,зе, фм О б о я н а ч е н и яс АФМ вЂ” антиферромагнетик, СФМ вЂ” слабый ферромагнетик, ФМ вЂ” ферромагнетик, фм — ферримагнетик.
Можно обратить внимание на две собственные частоты 3,3 см ' и 31 см — ' в слабом ферромагнетике %гт для одномагнонного рассеяния. Первая из них соответствует низкочастотной ферромагнитной моде антиферромагнитного резонанса, а вторая — высокочастотной 1антиферромагнитной) моде, которые обсуждались в $5.3. Значение низкочастотной моды в комбинационном рассеянии получено экстраполяцией, поскольку в слабых магнитных полях пик 348 Плотность состояний спиновых волн максимальна вблизи границы зоны Бриллюэна, поэтому максимум интенсивности рассеянного света для двухмагпонных процессов будет соответствовать удвоенной частоте магнонов с максимальными значениями волновых векторов вдоль направлений высокой симметрии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
