Cтраница 1
Учет псевдодипольного взаимодействия поверхностных ионов приводит к появлению поверхностной энергии анизотропии. В табл. 3.3 приведены значения плотности энергии поверхностной анизотропии для некоторых типов граней кубических структур. [1]
Согласно этой теории основным источником анизотропии является псевдодипольное взаимодействие между 0лижайшими атомными парами. В исходном состоянии оси пар магнитовзаимодействующих атомов распределены хаотично. Приложенное при отжиге магнитное поле вызывает предпочтительную ориентацию векторов намагниченности доменов в направлении поля. Таким образом, в соответствии со стремлением системы к минимуму энергии при повышенной температуре в ферромагнитном кристалле возникает преимущественная ориентация пар магнитовзаимодействующих ионов. Для изотропных материалов ( поликристаллические вещества) ось наведенной магнитной анизотропии совпадает с направлением поля при ТМО. [2]
Бломбергеном и Роуландом [78] было также показано, что с обменным эффектом связано так называемое псевдодипольное взаимодействие, которое, как следует из самого названия, выражается такой же функциональной зависимостью, как и ди-польное взаимодействие. [3]
В работе Клогстона, Сула, Уокера и Андерсона [13], в которой резонансная линия ферритов впервые была объяснена при помощи механизма релаксации типа двухмагнонного рассеяния, в качестве причины переходов k 0 - k ф 0 рассматривались вариации псевдодипольного взаимодействия. Позднее, когда удалось глубже понять природу магнитной кристаллографической анизотропии и точнее был установлен ее в значительной мере одноион-ный характер, оказалось необходимым пересмотреть указанную точку зрения. Псевдодипольное взаимодействие, величина которого в большинстве случаев недостаточна для того, чтобы им можно было объяснить магнитную анизотропию, оказалось слишком малым и для объяснения наблюдаемых значений АЯ. Согласно Каллену и Питтелли [180], главный вклад в АН в данном случае должно вносить спин-орбиталыюе взаимодействие. При этом влияние пространственных вариаций спин-орбитального взаимодействия нельзя путать с влиянием вариаций поля анизотропии, потому что вклады спин-орбитального взаимодействия в ширину линии и в анизотропию появляются в разных порядках теории возмущений. Основная трудность заключается в том, что все эти взаимодействия имеют малый радиус действия. Поэтому их вариации от иона к попу в таких веществах, как неупорядоченная обращенная шпинель, практически пе коррелировали и, согласно рассмотренной выше общей теории, должны иметь очень большую абсолютную величину. Для феррита-граната иттрия с добавкой Со предсказание Хааза и Каллена [181. 182] относительно величины уширения резонансной линии при О К. [4]
Порядок величины т5 при температурах жидкого воздуха и комнатной составляет соответственно 10 - 8 и 1Сг - 10 сек. Энергия псевдодипольного взаимодействия С может увеличиваться с уменьшением температуры; в этом случае время релаксации может стать меньше при низких температурах. Это наблюдается в никель-цинковом феррите ( см. фиг. [5]
Для объяснения наблюдаемого эффекта предложены различные теории: магнитострикционных напряжений, упорядочения, направленного упорядочения магнитовзаимодействующих атомов или ионов и др. В большей степени согласуется с экспериментом теория направленного упорядочения, предложенная Неелем и Танигучи. Согласно этой теории НМА является следствием псевдодипольного взаимодействия ближайших ионных пар. В исходном состоянии оси ионных магнитных пар направлены хаотично. При ТМО в результате действия внешнего магнитного поля и повышенной температуры возможна диффузия ионов, приводящая к направленной ориентации взаимодействующих ионных пар. Оси этих пар ориентируются по направлению поля или составляют с ним наименьший угол. В процессе охлаждения в магнитном поле этот порядок сохраняется, что приводит к НМА. [6]
Длинные спиновые волны, которые несут лишь магнитную энергию, посредством взаимодействия с другими спиновыми волнами увеличивают обменную энергию. Процесс взаимодействия состоит в преобразовании магнитной энергии в обменную посредством дипольного и псевдодипольного взаимодействия. Самые короткие спиновые волны взаимодействуют непосредственно с решеточными фононами. [7]
Например, замещение части ионов Fe3 в феррите-гранате Y3Fe5Oi2 немагнитными ионами оказывает очень малое влияние на АН [178, 179]; в ферритах со структурой шпинели замещение магнитных ионов цинком также не приводит к расширению линии. Таким образом, остаются лишь взаимодействия, которые носят анизотропный характер и участвуют в возникновении магнитной кристаллографической анизотропии, например спин-орбитальная связь и другие взаимодействия, учитываемые так называемым псевдодипольным взаимодействием. [8]
В работе Клогстона, Сула, Уокера и Андерсона [13], в которой резонансная линия ферритов впервые была объяснена при помощи механизма релаксации типа двухмагнонного рассеяния, в качестве причины переходов k 0 - k ф 0 рассматривались вариации псевдодипольного взаимодействия. Позднее, когда удалось глубже понять природу магнитной кристаллографической анизотропии и точнее был установлен ее в значительной мере одноион-ный характер, оказалось необходимым пересмотреть указанную точку зрения. Псевдодипольное взаимодействие, величина которого в большинстве случаев недостаточна для того, чтобы им можно было объяснить магнитную анизотропию, оказалось слишком малым и для объяснения наблюдаемых значений АЯ. Согласно Каллену и Питтелли [180], главный вклад в АН в данном случае должно вносить спин-орбиталыюе взаимодействие. При этом влияние пространственных вариаций спин-орбитального взаимодействия нельзя путать с влиянием вариаций поля анизотропии, потому что вклады спин-орбитального взаимодействия в ширину линии и в анизотропию появляются в разных порядках теории возмущений. Основная трудность заключается в том, что все эти взаимодействия имеют малый радиус действия. Поэтому их вариации от иона к попу в таких веществах, как неупорядоченная обращенная шпинель, практически пе коррелировали и, согласно рассмотренной выше общей теории, должны иметь очень большую абсолютную величину. Для феррита-граната иттрия с добавкой Со предсказание Хааза и Каллена [181. 182] относительно величины уширения резонансной линии при О К. [9]
Полдер [6] отметил, что в явлении ферромагнитного резонанса главную роль играют длинные спиновые-волны, поэтому нас должны интересовать их характеристики, а не среднее по всем спиновым волнам. Для столкновений с длинными спиновыми волнами ограничения, накладываемые законами сохранения энергии - и импульса, играют более важную роль. Для k - 0 необходимо учитывать столкновения более высокого порядка; к тому же псевдодипольное взаимодействие менее эффективно для длинных волн. В результате спин-спиновое и спин-решеточное время релаксации при комнатной температуре увеличиваются в 105 - 106 раз и становятся гораздо больше экспериментальных значений. [10]
Длина волны этих колебаний, по-видимому, сравнима с размерами образца. Вследствие этого длина наиболее коротких волн, которые возбуждаются в образце, имеющем такие размеры, близка к этой величине. Это позволяет пренебречь обменным и псевдодипольным взаимодействиями. Действительно, эффективное обменное поле для колебаний с длиной волны К ( см) равно 10 - 8Д2 ( э), так что лишь при длине волны порядка 10 - 5 см оно становится сравнимым по величине с высокочастотными полями, обычно применяемыми в экспериментах. Эффективное поле, соответствующее псевдодипольному взаимодействию, значительно меньше обменного. Эффекты, связанные с распространением электромагнитных волн внутри образца, могут быть весьма существенными, если частота и приложенное поле таковы, что эффективная магнитная проницаемость среды велика. Эти эффекты начинают сказываться, когда размеры образца сравнимы с длиной волны, распространяющейся внутри него. [11]