WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 1997, том 39, № 4 Температурные аномалии нелинейных магнитоакустических свойств монокристалла марганец-цинковой шпинели © Л.К. Зарембо, С.Н. Карпачев, Т.А. Лудзская, И.В. Саенко, А.И. Яфасов Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия (Поступила в Редакцию 29 августа 1996 г.) Исследованы поглощение магнитоупругой волны и резонансное нелинейное взаимодействие втречных магнитоупругих волн в монокристалле марганец-цинковой шпинели вблизи предполагаемого спинпереориентационного перехода. Вблизи Ttr = 291 K сигнал свертки исчезает, что объясняется релаксационной динамикой магнитной моды в области перехода. Увеличение значения поля, соответствующего максимуму свертки, при понижении температуры объясняется изменением размагничивающего поля.

Известно, что магнитоакустический резонанс (МАР) от амплитуды взаимодействующих импульсов, а с друнаступает при условии синхронного взаимодействия гой — от длины резонансной области и длительности упругой и спиновой компонент магнитоупругой волны. импульсов.

При этом дисперсионные ветви соответствующих квази- В проведенных ранее исследованиях МАР было покаволн близки к пересечению. В условиях неоднородных зано, что в окрестности МАР ЭМ-отклик возрастает на внутренних полей низкочастотный МАР (десятки MHz) несколько порядков [5]. Поскольку все вышеприведеные с точностью до эффективного поля Heff = / наблюисследования проводились при комнатных температурах, дается при H0 -Hint, где Hint = Hex + Ha + Hdem; Hex, определенный интерес представляет исследование темHa, Hdem — соответственно поля обмена, анизотропии пературной зависимости наблюдаемых эффектов. Этому и размагничивания, — частота волны, — магнии посвящена настоящая работа.

томеханическое отношение. Как было показано ранее [1], В данной работе приведены результаты эксперименв условиях МАР значительно увеличивается эффектального исследования МАР и нелинейного встречного тивная магнитоупругая нелинейность, проявляющаяся в взаимодействия импульсов магнитоупругих волн с чаакустических свойствах конкретного образца. Одним из стотой 30 MHz и длительностью 1 µs в монокристализвестных методов исследования нелинейности является ле марганец-цинковой шпинели марки 2000МК, выраизучение поведения второй и высших гармоник первощенном методом Вернейля, размером 4 5 25 mm, начально синусоидального сигнала (это может быть и с ориентацией [100] вдоль длинной оси. Поперечные импульс) в зависимости от внешних параметров. Однако, упругие волны возбуждались кварцевыми пьезопреобракак известно [2], амплитуда прошедшего сигнала втозователями с обеих сторон кристалла, ЭМ-отклик наблюрой гармоники является результатом конкуренции двух дался с помощью катушки (4.5 витка провода диаметром процессов: затухания и, собственно, нелинейности,1 в 0.25 mm), намотанной в средней части кристалла: внешее связи с чем интерпретация таким образом полученных магнитное поле было направлено вдоль длинной оси экспериментальных результатов достаточно сложна и образца. Интервал исследуемых температур составлял отчасти некорректна. Некорректность проистекает (в 230–300 K: именно в этой области температур ранее случае МАР) из-за незнания a priori размеров и форнаблюдался спин-переориентационный фазовый переход мы резонансной области, зависящей от градиентов внудля такого типа кристаллов [6]. Измерения проводились треннего поля. Достаточно грубая оценка характерных на автоматизированном магнитоакустическом спектроразмеров области может быть проведена [4], однако метре [7], позволяющем получать полевые зависимости большую, на наш взгляд, достоверность могут иметь (спектры) первой, второй гармоник и сигнала свертки.

данные, полученные на основе встречного нелинейного Температурные измерения велись в парах азота; цикл взаимодействия магнитоупругих волн, проявляющегося, снятия спектра сигнала основной частоты занимал около например, в виде сигнала вырожденной свертки — 7 min, свертки — 1.5 min, скорость изменения темпераэлектромагнитного (ЭМ) отклика на удвоенной частоте.

туры составляла около 0.005 K/s.

Основным преимуществом такого метода является возНа рис. 1 в качестве примера спектров показаны можность точной локализации области взаимодействия зависимости амплитуды первой гармоники A и свертки (поскольку в обычной для такого типа схеме экспериS2 от внешнего поля H0 при разных температурах. В мента два магнитоупругих импульса, идущие с разных области низких температур четко наблюдается линейный сторон образца, встречаются в определенной области), МАР в виде минимума сигнала A, при этом сигнал и, следовательно, ЭМ-отклик зависит, с одной стороны, свертки наблюдается при тех же значениях внешнего В ранее полученных результатах преобладание процессов затуполя. По мере повышения температуры линейный МАР хания над генерацией гармоник наблюдалось на высоких частотах в исчезает, сигнал свертки уменьшается и, наконец, при железо-иттриевом гранате [3], на частотах 30 MHz имеет место чисто температуре Ttr = 291 K его нельзя выделить на фоне конкурентный процесс [4], в марганец-цинковых шпинелях в основном доминирующим является процесс образования второй гармоники. шума. Аппроксимация S2(T ) в этой области температур Температурные аномалии нелинейных магнитоакустических свойств монокристалла... Рис. 1. Зависимость от внешнего поля H0 амплитуды прошедшего сигнала основной частоты A (a, c, e) и сигнала свертки S(b, d, f ) при различных температурах. T (K): a, b — 299, c, d — 291, e, f — 231.5.

дает степенную зависимость S2 ((T - Ttr)/Ttr)1.7. сутствие внешнего магнитного поля. Виден очень слаДальнейшее повышение температуры приводит к посте- бый, сильно размытый максимум поглощения в области пенному появлению линейного МАР и сигнала свертки. 291 K. Таким образом, исчезновение сигнала свертки На рис. 2 приведена зависимость максимума амплитуды в этой области температур не может быть объяснено сигнала свертки от температуры; видно, что в области увеличением коэффициента поглощения упругой моды.

температур 230 K сигнал значительно (в 50 раз) воз- Отметим, что в [6] в отсутствие внешнего поля наблюрастает по сравнению с комнатными температурами. далось значительное увеличение коэффициента поглощеНа рис. 3 показано изменение амплитуды первого ния звука, а также скачок скорости продольных волн в прошедшего импульса МУ-волны с температурой в от- области температур 220-280 K, на основании чего был Физика твердого тела, 1997, том 39, № 654 Л.К. Зарембо, С.Н. Карпачев, Т.А. Лудзская, И.В. Саенко, А.И. Яфасов температуры (см., например, [8]): при этом увеличивается размагничивающее поле Hdem, пропорциональное Ms, и требуются соответственно большие внешние поля для достижения резонансных условий. Это также качественно объясняет слабое влияние внешнего поля на температуру перехода (ср. рис. 2 и 3): в области перехода поле анизотропии мало, и определяющую рль играет достаточно большое поле размагничивания.

Отметим различие в наблюдении перехода по затуханию звука и по свертке. В первом случае индикация перехода ведется в основном по упругой моде во всем объеме кристалла, а во втором — в основном по спиновой моде, причем эффект локализован в объеме Vs 0.08 cm3, что составляет около 0.1 всего объема кристалла для наших условий эксперимента. Если учесть возможную Рис. 2. Зависимость амплитуды максимума свертки от темпенеоднородность температуры и сосуществование двух ратуры.

фаз в точке СПФП, пространственная локализация, очевидно, должна улучшить температурное, так и полевое разрешение магнитоакустических спектров.

сделан вывод о существовании в этой области спин- Исчезновение сигнала свертки в окрестности СПФП можно объяснить отсутствием резонансного взаимодейпереориентационного фазового перехода (СПФП). Действия спиновой и упругой подсистем магнетика. Известствительно известно, что первая константа анизотропии но [9], что при СПФП происходит смягчение упругих и K1 кристаллов марганец-цинковой шпинели определенспиновых мод колебаний, и при определенных условиного состава в области температур T Ttr положительях может иметь место не волновое, а релаксационное на, что приводит к направлению легкого намагничивания поведение спиновой подсистемы, в связи с чем отсут[100]. При понижении температуры K1 становится ствуют условия, необходимые для достижения магниотрицательной, а легким — направление [111]. В настоятоакустического резонанса (пространственно-временной щей работе исследовался кристалл несколько отличного синхронизм спиновой и упругой волн). При изменении от [6] состава, в котором СПФП, как видно, выражен температуры в сторону повышения или понижения спипо амплитуде первой гармоники (затуханию) не столь новые волны могут снова появляться, и соответственно четко.

при определенных значениях внешнего поля наступает Обращает на себя внимание смещение с изменением МАР, проявляющийся, как это видно из рис. 1, в виде температуры внешнего поля H0, при котором наступает минимума прошедшего сигнала основной частоты и в магнитоакустический резонанс. Из рис. 1 для S2(T ) виде максимума электромагнитного сигнала свертки.

видно, что даже для марганец-цинковой шпинели, где, по нашим оценкам, ширина линии МAР составляла 2–3 Oe, Таким образом, в работе показано, что, несмотря на это смещение может быть определено достаточно точно.

ничтожно малое увеличение коэффициента поглощения На рис. 4 показана зависимость резонансного поля от звука, СПФП может наблюдаться по исчезновению сигтемпературы. Эта зависимость линейна с коэффициеннала свертки. Последнее обусловлено смягчением спитом, равным -1.1 Oe/K. Данное явление может быть новой моды в СПФП, приводящим к релаксационной объяснено увеличением магнитного мометна Ms для динамике спин-системы. Смещение резонансного поля ферритов марганец-цинковой шпинели с понижением в исследованной области температур линейно зависит Рис. 3. Зависимость амплитуды первого прошедшего импульса Рис. 4. Температурная зависимость внешнего поля, соответот температуры в отсутствие внешнего поля. ствующего максимуму свертки.

Физика твердого тела, 1997, том 39, № Температурные аномалии нелинейных магнитоакустических свойств монокристалла... от температуры и вызвано в основном изменением размагничивающих полей из-за температурной зависимости намагничения насыщения.

Авторы выражают признательность В.Г. Шаврову за проявленный интерес к работе.

Работа частично выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (№ 96-02-18270).

Список литературы [1] Л.К. Зарембо, С.Н. Карпачев. ФТТ 25, 8, 2343 (1983).

[2] Л.К. Зарембо, В.А. Красильников. Введение в нелинейную акустику. М. (1966).

[3] В.В. Леманов, А.В. Павленко, А.Н. Гришмановский. ЖЭТФ 59, 712 (1970).

[4] Л.К. Зарембо, С.Н. Карпачев. ЖЭТФ 93, 4(10), 1499 (1987).

[5] Л.К. Зарембо, С.Н. Карпачев, А.И. Яфасов. Письма в ЖТФ 19, 19, 61 (1993).

[6] В.А. Шутилов, Л.Н. Котов, Х. Мирзоахмедов, В.М. Сарнацкий. ФТТ 28, 6, 1783 (1986).

[7] Л.К. Зарембо, С.Н. Карпачев, В.Н. Польченко, А.И. Яфасов.

Вестн. МГУ. Сер. 3. Физика, астрономия. 35, 3, 56 (1994).

[8] Я. Смит, Х. Вейн. Ферриты. Иностр. лит. М. (1962).

[9] В.Д. Бучельников, В.Г. Шавров. Письма в ЖЭТФ. 60, 7, 534 (1994).

Физика твердого тела, 1997, том 39, №




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.