Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Теоретическая оценка поля магнитной анизотропии Н„, исходящая только из магнитодипольной ее природы, тоже дает значительную ( !04 Э) величину. Таким образом, как и вообще для большинства одноосных антиферромагнетиков, наблюдение антиферромагнитного резонанса в МпРв возможно лишь с использованием очень сильных магнитных полей (Н Н„) или очень высоких частот электромагнитного излучения в миллиметровой или даже длинноволновой инфракрасной области. Впервые антиферромагнитный резонанс во фториде марганца наблюдали Джонсон и Нетеркот [204], используя частоты (96 †: 247) х х 10 Гц. Они располагали сравнительно слабыми магнитными полями и не имели возможности заметно изменять частоту резонанса магнитным полем.
Поэтому резонансная частота подгонялась под частоту генератора с помощью изменения температуры. Фонер провел измерения антиферромагнитного резонанса МаРг [!95], используя частоты от 35 до 70 кГц и сильные импульсные магнитные поля, в температурной области от Тр, до 4,2 К. Его данные для температурной зависимости частоты антиферромагнитного ре- Н.ко зонанса (вернее, поля Н„) приве- 80 . дены на рис. 22.6. Они прекрасно согласуются с результатами определения поля опрокидывания маг- 40 нитных подрешеток по данным Джекобса [203] для намагниченности МпРа в импульсных магнитных полях (см. гл. 20) и да- 20 ют значения (отнесенные к нулевой температуре) для обменного поля Нв = 550 кЭ и для поля магнитной анизотропии Н, =- = 8,7 кЭ. Для других антиферромагнетиков со значительной температурой Несла и большей, чем у фторида марганца, энергией магнитной анизотропии антиферромагнитный резонанс исследовался средствами длинноволновой инфракрасной техники: РеРз [222], Х!Ра [230], СоРз [231], Х!О [208], СОТ%'04 [119].
22.2 77оглои1ение света в антиферроиагнетиках 407 Применить результаты исследования термодинамических свойств к изучению более широкой области спин-волнового спектра трудно, поскольку для того, чтобы возбудить спиновые волны со значительным ~Ц, кристалл придется нагреть до столь высоких темпера- / 1 тур ( — 7Нн =- Тйк « Т < Тч), что при них становится некорректи а: ным спйн — волновое приближение. Что же касается антиферромагнитного резонанса, то в силу соблюдения законов сохранения энергии и импульса с его помощью можно возбудить только спиновую волну с ка = О. Действительно, поглощаемый при резонансе фотон, даже если речь идет о кристаллах со значительной энергией магнитной анизотропии и обменного взаимодействия, соответствует электромагнитному излучению с длиной волны 1Π†: 100 мкм (а чаще 1 †: 1О мм). Такая длина волны существенно больше периода магнитной структуры (Л4, » аи), и следовательно, соответствУющий волновой вектоР фотона очень мал (дф 0).
Поэтому поглотившись кристаллом, фотон может возбудить спиновую волну лишь с очень малым квазиимпульсом (1с = с)ф„О). Возможен, однако, пропесс поглощения электромагнитного излучения, при котором одновременно рождается несколько квазичастиц, каждая со своим квазиимпульсом, существенно отличным от нуля, но таким, чтобы суммарный квазиимпульс был равен нулю. Подобный нерезонансный механизм поглощения для спиновых волн рассматривался неоднократно. Остановимся лишь на тех механизмах поглощения электромагнитного излучения с участием коротковолновых спиновых волн, которые уже нашли экспериментальное подтверждение. Последовательно рассмотрим возможные механизмы поглощения электромагнитного излучения антиферромагнитным кристаллом с участием магнонов, реализующиеся в конкретных областях спектра: поглощение в дальней инфракрасной области спектра с участием двух магнонов; поглощение в ближней инфракрасной области спектра с участием оптического фонона и спиновых волн; поглощение в видимой и более коротковолновой области спектра с участием электронного возбуждения (экситона) и спиновой волны.
А. Двухмагнониое поглощение. При исследовании спектра поглощения антиферромагнитных фторидов группы железа — ГеГш МпГг, СоГз — в дальней инфракрасной области спектра были обнаружены электрически-дипольные полосы поглощения на частотах 154, 11О и 120 см ' соответственно [170, 201]. Особые свойства этих полос прежде всего свидетельствуют о том, что они присущи лишь магнитоупорядоченным кристаллам. Отметим наиболее характерные черты этого поглощения, детально исследованные для антиферромагнетиков с анизотропией типа «легкая ось» — ГеГз и МпГз.
1. Резкая анизотропия интенсивности поглощения. Поглощение наиболее сильно при ориентации электрического вектора световой 408 Аь 22 Антиферромагниганый резонанс волны Е, вдоль главной кристаллографической оси тетрагональных фторидов. 2. Интенсивность полосы возрастает при понижении температуры кристалла и сравнима с интенсивностью антиферромагнитного резонанса. При повышении температуры интенсивность электрически-дипольной полосы уменьшается. Так же как и линия антиферромагнитного резонанса, электрически-дипольная полоса исчезает при достижении температуры Нееля и разупорядочении магнитной структуры кристалла.
3. Частота электрически-дипольной полосы изменяется при варьировании температуры менее резко, чем частота линии антиферромагнитного резонанса. 4. В отличие от линии антиферромагнитного резонанса, рассматриваемая полоса не реагирует на включение достаточно сильного 1Н 50 кЭ) магнитного поля независимо от того, как оно ориентировано относительно кристаллографических осей, Аналогичное поглощение было обнаружено 1232) у одноосных антиферромагнетиков Х)Ез и МпСОз с анизотропией типа «легкая плоскость» и для двуосного антиферромагнетика СоЧ'Оч [119). В этих антиферромагнетиках рассматриваемое поглощение обладает рядом дополнительных особенностей. Явная связь обнаруженного поглощения в длинноволновом инфракрасном диапазоне с магнитным упорядочением кристалла позволяет предположить, что оно обусловлено возбуждением спиновых волн.
То обстоятельство, что частоты максимумов рассматриваемого поглощения существенно превышают частоты антиферромагнитного резонанса, свидетельствует о значительной энергии возбужденных спиновых волн, близкой к максимально возможному значению энергии в спин †волнов спектре. Но в таком случае и квазиимпульс возбуждаемой спиновой волны должен быть большим, близким к значению его на границе зоны Бриллюэна: )г, „,„„ = я/~а~, где а — период магнитной структуры кристалла. Однако хотя длина волны инфракрасного излучения короче, чем длины волн излучения, возбуждающего антиферромагнитный резонанс, она, безусловно, остается на много порядков больше периода кристаллической структуры; Лй, » а.
Поэтому импульс фотона и в рассматриваемой области спектра очень мал, практически равен нулю. В таком случае, каким же образом при поглощении длинноволнового инфракрасного излучения возбуждаются спиновые волны с квазиимпульсом, существенно отличным от нуляу В силу соблюдения закона сохранения импульса это возможно лишь при одновременном рождении двух спиновых волн с квазиимпульсами, равными по модулю, но противоположными по знаку, так что их сумма равна нулю, вернее, импульсу поглощаемого фотона: К+к.",=Чф' =О. (22. 17) 409 22.2 !7оглои!ение света в антиферроиагнетиках Закон сохранения энергии в этом случае также выполняется: (иа', + йсо" ,= Ьшф„т.
(22.18) Таким образом, поглощение в длинноволновой инфракрасной области спектра связывается с механизмом одновременного рождения двух спиновых волн (двухмагнонное поглощение). Чтобы понять особенности рассматриваемого двухмагнонного поглощения, наблюдаемые экспериментально и отмеченные выше, прежде всего обсудим зависимости вероятности одновременного возбуждения двух спиновых волн одним фотоном от значения их квазиимпульсов. В предельном случае максимального квазиимпульса — ])с',.[ = [)с,"[ =- к/]а[ двухмагнонный переход означает одновременное возбуждение двух соседних ионов.
Поскольку речь идет о ближайших соседях в антиферромагнетике, они должны принадлежать двум различным магнитным подрешеткам. Общая теория двойных оптических переходов в твердых телах, при которых один фотон одновременно возбуждает два иона или две молекулы в кристалле, была построена Декстером [182]. Он показал, что электрически-дипольные переходы становятся возможными, если в поглощении одновременно участвуют два иона, взаимодействующие между собой, даже если для каждого из них в отдельности оптический переход разрешен лишь в магнитодипольном приближении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
