Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 83
Текст из файла (страница 83)
«Выигрыш«Фелжета заключается в следующем, В интерферометре за каждый малый интервал времени сканирования регистрируется информация сразу обо всем спектральном диапазоне, в то время как в обычном дифракционном спектрометре за то же время информация только об узком спектральном интервале, который выделяется выходной щелью прибора. Существование «выигрыша«Фелжета, или мультиплекс-фактора, приводит к тому, что фурье-спектрометр, в отличие от днфракционного прибора, имеет величину отношения сигнала к шуму тем больше, чем выше его спектральное разрешение: (Я/1У)ф (З/~)„ где АМ вЂ” число спектральных элементов.
22.Д Метод олределения энергетической и~ели 4О) Рнс. 224 Схема криостата для магнитооптических исследований кристаллов (в частности, для исследования ЛФМР) 402 Еи 22 Антиферромагниганый резонанс «Выигрыш» )Канино, или преимушество в геометрическом факторе (геометрической светосиле), состоит в способности интерферометра пропускать большее количество энергии по сравнению с дифракционным прибором при равных их разрешающих способностях. При сравнении геометрических факторов дифракционного прибора и интерферометра предполагается, что энергия, проходящая сквозь прибор, пропорциональна геометрическому фактору источников освещения и их яркостям.
Если площади и фокусные расстояния коллиматоров, а также их разрешающие силы равны, величина отношения геометрических факторов интерферометра и дифракционного прибора составляет Е, Е Ф вЂ” ' =2п —, Е где Еч, геометрический фактор фурье-спектрометра; Ед — геометрический фактор дифракционного прибора; Š— фокусное расстояние коллиматора; ) — высота щели. В дифракционных спектрометрах величина Е/) обычно не превышает 30, Это означает, что через интерферометр можно пропустить почти в 200 раз больше энергии, чем через дифракционный спектрометр. Перечислим преимущества фурье-спектрометров. Е Высокая разрешающая способность.
2. Высокая точность определения волновых чисел. 3. Упрощение проблемы устранения рассеянного или паразитного света. 4. Выстрота сканирования, которая повышает вероятность успешного завершения эксперимента. 5. Возможность исследования широкой спектральной области за малое время одного скана. Общая схема получения спектров была показана на рис.
22.3, а. Излучение от источника широкополосного инфракрасного излучения попадает на светоделитель. После отражения от двух зеркал оно направляется на приемник, преобразующий его в электрический сигнал. Если одно из зеркал этой системы, являющейся интерферометром Майкельсона, перемещать вдоль оптической оси интерферометра, то в точке приема интенсивность излучения будет меняться вследствие интерференции двух пучков от подвижного и неподвижного зеркал. Максимальным суммарный сигнал будет при одинаковых расстояниях от зеркал до светоделителя, поскольку в этом случае все спектральные составляющие излучения приходят в точку приема синфазно.
Зависимость Г(б), где д — разница расстояний от зеркал до свето- делителя (оптическая разность хода), называется интерферограммой. Интерферограмма содержит в себе информацию о спектральном составе излучения. Чтобы получить эту информацию, интерферограмму преобразуют при помощи аналогово-цифрового преобразователя в цифровую форму в моменты, определяемые растровой системой, контролирующей перемещение подвижного зеркала. Фурье-преобразо- 22хб Метод определения энергетической щели 403 ванне зарегистрированной интерферограммы дает спектр излучения. Сравнивая спектры источника излучения и излучения, прошедшего через измерительную ячейку, можно получить спектр исследуемого образца. В состав экспериментальной установки входят оптико-механическая часть с криогенной измерительной ячейкой, а также электронная система управления и обработки данных.
В оптико-механической части установки происходит преобразование инфракрасного излучения в электрический сигнал. Криогенная измерительная ячейка обеспечивает необходимые температуру образца и напряженность внешнего магнитного поля, прикладываемого к образцу. Электронная система управления обработки данных позволяет получать информацию о спектральном составе исследуемого излучения и обеспечивает управление всеми узлами спектрометра. В качестве примера рассмотрим результаты исследования спектральных характеристик магнетика ВвКешОгэ. Бариевый гексаферрит является очень сложным кристаллом с 64 ионами в элементарной ячейке, положения которых можно разделить на три группы из 11 позиций с различной симметрией. Поскольку позиция каждого иона характеризуется тремя степенями свободы, динамическая матрица гексаферрита будет содержать 192 х 192 элемента.
Вычисление соответствующего фононного спектра является, очевидно, трудной задачей. Поэтому характеристика столь сложных кристаллов обычно проводится в рамках упрощенной модели, к примеру в терминах модели внешних мод. Указанный подход требует выделения (идентификации) в кристалле так называемой молекулярной ячейки, которая затем используется как базовый ионный комплекс. Определить эффективные параметры такого комплекса позволяет изучение инфракрасных спектров кристалла. Рассмотрим измерения спектров отражения ВаГешОгэ в спектральном диапазоне 50 -ь 500 см ', которые были выполнены в температурном интервале !5 †: 300 К. На рис.
22.5, б показана температурная зависимость фононных спектров ВвГегаОш, полученная после обработки спектров отражения с помощью процедуры Крамерса †Кронига. В спектральном диапазоне 50 †: 500 см ' наблюдалось 8 фононных мод. При охлаждении кристалла возбуждения на частотах 91,1 см 173,0 см ', 241,1 см ' и 324,2 см ' испытывают сдвиг на величину 1 —:2 см ' в область более высоких частот. Линии на частотах 282,7 см ', 291,3 см ' и 357,1 см ' претерпевают больший сдвиг (на величину 4.ьб см ').
При этом линии на частотах 282,7 см 291,3 см ' разрешаются между собой. В то же время линия на частоте 419,4 см ' незначительно сдвигается в область низких частот. Полученные результаты позволяют судить об энергиях взаимодействия в кристаллах бариевого гексаферрита, что необходимо для анализа динамики его магнитной структуры. Гл. 22. Антиферромагнитньгй резонанс 404 12 1, '" ',, ь300 , - 200 1 0 4 5 12 50 25 0 350 450 м см ' 400 Рис.
22.5. Зависимость частоты АФМР (Н „ =- ш/т ) от напряженности магнитного поля, приложенного вдоль оси а в ромбнческом кристалле СпС!д 2НзО при 1) Нр, — — Н„и 2) Н„, = Нд — Н, (а) Фононные спектры ВаГеыО~д при различных температурах (б). Влияние внешнего магнитного поля на инфракрасный спектр ВаГе1дО~д прн Х = !5 К (в) Монокристаллический ВаГе! Огд является 24-подрешеточным ферримагнетиком. Особенности его высокочастотных свойств, обусловленные многоподрешеточностью, представляют большой интерес для понимания механизмов магнитного упорядочения. Магнитной компонентой электромагнитного поля могут возбуждаться моды симметрии Ад и Еад, При этом одна из мод, Едд, является акустической, т.е.
соответствует ферромагнитному резонансу в обменно-колинеарном приближении. Динамическая восприимчивость . 600 * о 400 Г В 200— ,рб К )„0(,д „,,',е(ОО ~15 К 100 200 300 400 и, см 22.й Метод определения энергетинеекой щели 405 для мод с симметрией Ае имеет вид 1ь)(,) (3!ио) (8дрвЯ(д~ + дг)) 1 ярвЕ1 Кгь — , 'Кгьж — — шло г где К вЂ” константы, описывающие взаимодействие между ионами в соответствующих позициях;  — равновесное значение спина; г(— коэффициенты в разложении релятивистской части гамильтониана.
Последнее соотношение является базовым для анализа магнитных возбуждений в кристалле. Экспериментальные результаты исследования влияния внешнего магнитного поля на спектры ВаРещ01э в диапазоне 50+ 500 см ' при температуре образца 15 К и в интервале магнитных полей 0 †; 3 Т демонстрируют отсутствие влияния внешнего магнитного поля на основные спектральные компоненты (рис. 22.5,в). В то же время было обнаружено специфическое воздействие внешнего поля на ряд слабых спектральных компонент, заключающееся в подавлении интенсивности и сдвиге линий на частотах 378 см ', 436 см ' и 455 см ~.
Эти линии могут быть сопоставлены фонон — магнонным возбуждениям, связанным со сложной многоподрешеточной магнитной структурой кристалла и наличием обменных мод магнитного резонанса. Антиферромагнитный резонанс впервые, по-видимому, наблюдался Уббинком, Поулисом, ван ден Ханделем, Герритценом и Гортером на монокристалле СцС12 2Н20 1227]. Благодаря низкой температуре магнитного упорядочения этого вещества (Ты = 4,32 К) эффективное поле обменного взаимодействия, а соответственно, и поле опрокидывания магнитных подрешеток оказываются сравнительно небольшими (Н„ 6 —: 8 кЭ).
Поэтому при использовании внешних магнитных полей напряженностью до 15 кЭ можно наблюдать антиферромагнитный резонанс на частотах ш = 9,4 1О'" и 32 1Ою Гц. Результаты исследования зависимости частоты антиферромагнитного резонанса СцС1г 2НаО от напряженности внешнего поля представлены на рис. 22.5, а. Наблюдаемая картина заметно отличается от расчета, проведенного в разделе А данного параграфа. Последнее объясняется тем, что ромбический кристалл СпС12 2НаΠ— двуосный антиферромагнетик, а расчет был приведен для одноосного антиферромагнетика (тетрагональной, ромбоэдрической или гексанальной симметрии).
В случае двуосного антиферромагнетика расчет частот антиферромагнитного резонанса 1152) хотя и более громоздок, но не представляет принципиальных трудностей. Для сопоставления с приведенным выше расчетом обратимся к результатам экспериментального исследования антиферромагнитного резонанса в типичном одноосном двухподрешеточном антиферромагнетике — тетрагональном фториде марганца.
Этот кристалл обладает сравнительно высокой температурой Нееля (Ты = 68 К), и следовательно, высокой напряженностью эффективного поля обменного взаимо- Еь 22 Антиферромагнитный резонанс 406 60 20 9 22.2. Поглощение света в антиферромагнетиках. Исследование спин — волнового спектра вблизи границы зоны Бриллюзна Мы убедились, что экспериментальное изучение антиферромагнитного резонанса и термодинамических свойств магнитоупорядоченных кристаллов дает информацию об особенностях спин †волново спектра для состояний с малым квазиимпульсом 14. действия Нн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
