Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Тем не менее одно- и двухмагнонное рассеяние на несколько порядков слабее рассеяния на фононах, и его экспериментальное изучение представляет большую сложность. До настоящего времени рассеяние на спиновых волнах наблюдалось в кристаллах ЕеЕз, Мира и ЕЬМпЕз. Во всех этих случаях отмечалось рамановское рассеяние, дающее информацию о предельных частотах в центре (й .= О) и на краю (й = и/а) зоны Бриллюэна. Рассеяние света на акустических бесщелевых ветвях спиновых волн, к которому, в первую очередь, относятся упомянутые выше теории (см. формулы (22.30) — (22.32)) долгое время исследовать не удавалось.
Это рассеяние аналогично эффекту Бриллюэна — Мандельштама, т. е. рассеянию света на акустических фононах. Волна, либо звуковая (акустический фонон), либо спиновая (магион), с волновым векторм Ч и частотой ог, распространяющаяся в среде с диэлектрической проницаемостью е, вызывает модуляцию —, на которой может рассеиваться излучение, Падающее излучение с волновым вектором 1с и частотой го, рассеивается в такое состояние 1с', а о для которого соблюдаются соотношения Ч' Ч''=Ж Ьигг — йко' = ~бог. Поскольку скорость о и для звуковой, и для спиновой волн намного меньше скорости света, с хорошей точностью можно полагать 1ч', = и следовательно, 21Ч'~вш (Эо/2) = 1)с~, где со — угол между и Ч' (так называемый угол рассеяния).
Таким образом, меняя угол рассеяния, можно изменять величину квазиимпульса участвующей в рассеянии квазичастицы (фонона или магнона), но в небольших пределах -- от 0 до 21Ч'~. Поскольку Ч мал, для подобных исследований доступна лишь область, близкая к центру зоны Бриллюэна. Частоты участвующих в рассеянии квазичастиц тоже малы.
Поэтому исследование эффекта Бриллюэна — Мандельштама требует применения методов спектроскопии высокого разрешения. Обычно подобные установки (рис. 22А4) используют интерферометр Фабри— Перо. Еще большую трудность для исследования рассеяния света на акустических спиновых волнах доставляет малая интенсивность рассеяния. Эту трудность, однако, можно обойти, если изучать рассеяние не на тепловых спиновых волнах, число которых определяется термодинамически равновесным распределением заселенности по энергетическим состояниям системы, а на спиновых волнах, генерируемых искусственно. Например, с помощью достаточно интенсив- 22.3. Рассеяние света в магнитоупорядоченных кристаллах 423 Рис.
22.14. Экспериментальная установка для набяюдения бриллюэновского рассеяния под углом 180' с помощью спектрометра Фабри-Перо 1а); прохождение монохроматического излучения через сканируемый иитерферометр Фабри— Перо 16) ного высокочастотного радиоизлучения можно возбуждать спиновые волны с заданным )с и с заданной энергией 1иок. Число таких когерентных волн может намного превышать число равновесных спиновых волн, соответственно и коэффициент экстннкции для рассеяния света может быть повышен на 3 — 4 порядка 1124). Соответствующие эксперименты на антиферромагнетиках со слабым ферромагнетизмом были проведены А.С. Боровиком-Романовым и Н.М. Крейнес 1180].
Глава 23 МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО И НИЗКОЧАСТОТНОГО РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ф 23.1. Введение Магнитные материалы получают все более и более широкое применение в технике [32, 50). Ферромагнетики являются основой современных генераторов и электромоторов, трансформаторов в весьма широком диапазоне частот, многих типов репродукторов и телефонов, приборов, служащих для целей автоматики, счетных и запоминающих машин, электромагнитов и дросселей, постоянных магнитов и т.д.
Для каждого из перечисленных приборов и машин требуются специальные ферромагнитные материалы со специфическими магнитными, а часто, и электрическими характеристиками. Например, для электрических генераторов, электромоторов и трансформаторов требуются материалы с высокой магнитной проницаемостью в интервале индукций В =. 10000 э !7000 Гс, с малой величиной коэрцитивной силы и большим удельным электрическим сопротивлением, чтобы так называемые ваттные потери в переменных полях (потери на гистерезис и на токи Фуко) были бы малы.
Для приборов высокой частоты, применяемых в радиотехнике, требуются материалы с большой начальной проницаемостью, очень малой коэрцитивной силой, с большой скоростью перемагничивания и очень большим электрическим сопротивлением. Желательно, чтобы в электрическом отношении это были полупроводники.
Для постоянных магнитов требуются высокая коэрцитивная сила, большая остаточная индукция и т. д. Теория технического намагничивания показывает пути изготовления магнитных материалов с нужными характеристиками, а современная техника имеет возможность в значительной степени удовлетворить этим требованиям. Так, нам известно, что у материалов с большой магнитной восприимчивостью процесс намагничивания должен идти в основном за счет процесса смешения границ между доменами. Величина смещения границы, а следовательно, и намагничивание при данном намагничивающем поле будут тем большими, чем меньше градиент энергии граничного слоя в направлении его перемещения — г( ~/г)м (см. э 13.3). 425 23. Д Введение Величина градиента энергии, как уже говорилось в 3 14.2, зависит от наличия в ферромагнетике неоднородных механических напряжений ду .От — — Л,,б— дл ' дл (23.
1) и от присутствия посторонних включений, в результате чего изменяется величина граничной поверхности при перемещении, а следовательно, и энергия этой границы: (23.2) дм е дм' Сама же величина граничной энергии пропорциональна корню квад- ратному из константы магнитной анизотропии; (23.3) Учитывая приведенные сведения, сделаем относительно изготовления материалов с большой магнитной проницаемостью следующие выводы.
1. В этом случае необходимо по возможности удалить все внутренние механические напряжения, чтобы в уравнении (23.1) дт(дх — ~ 0 (обычно это достигается соответствующей термообработкой), и удалить все посторонние включения, чтобы в уравнении (23.3) да/дх — О. Тогда градиент граничной энергии д"О'дх будет мал, а следовательно, магнитная проницаемость велика. Последнее становится возможным даже у материалов со сравнительно большой константой К| энергии магнитной анизотропии, например у железа с К1 = 4 10в эрг/схгз.
2. Лналогичный результат может быть достигнут приготовлением сплава или соединения с величинами энергии магнитной анизотропии и магнитострикции, близкими к нулю (К~ О, Л 0); тогда, учитывая уравнения (23.3), (23,2) и (23.1), получим малую величину градиента граничной энергии. При этом большая величина магнитной восприимчивости получится даже и при не очень чистом материале, т.е.
при дтудх и де/дх, отличных от нуля. Удовлетворение одновременно всех указанных условий, т.е. дт/дл 0; дв/дх 0; К1 О, с очевидностью может дать материал с особенно высокой магнитной проницаемостью. При использовании всех видов ферромагнетиков весьма важное значение имеет временная стабильность их магнитных свойств. У ферромагнетиков со временем могут изменяться все магнитные характеристики; проницаемость, коэрцитивная сила, форма петли гистерезиса.
Подобное изменение называется магнитным старением, Старение является результатом физико-химических процессов, таких как распад нестойких химических соединений, перераспределение в решетке посторонних включений, уменьшение внутренних напряжений. На рис. 23.1 кривая 1 показывает, как при естественном старении изменяется со временем начальная проницаемость ферромагнетика. 42б Рл. 23 Магнитные материалы длл статического режима Рис 23 1. Изменение начальной проницаемости ферромагнетнка со временем при комнатной (!) и при повьппениой (2) температуре; К„,,я — время искусственного старения ф 23.2.
Железо — мягкий магнитный материал Железо — самое распространенное ферромагнитное вещество. Естественно стремление возможно шире использовать его как магнитный материал. Его константа анизотропии приблизительно равна 1Оз эргглсллз. Если получить железо без посторонних примесей, не деформированное и с величиной зерен, каждое из которых значительно превышает размер одного домена, то переходный слой между доменами сможет перемещаться без больших затруднений, поскольку в образце не будет существовать высоких потенциальных барьеров (см.
ф !4.2, !3.3 и 23.1). В образце из такого железа намагничивание происходит легко, а коэрцитивная сила мала. К сожалению, получить железо, свободное от примесей, практически невозможно. Наиболее часто встречающиеся примеси, такие как углерод, кислород, сера, фосфор и другие, находятся в железе как в растворенном состоянии, так и в виде соединений с ним. И в том, и в другом случае значительно повышается потенциальный барьер для перемещения переходных слоев, что уменьшает намагниченность при малых полях и увеличивает коэрцитивную силу, т. е, ухудшает общие магнитные свойства железа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
