Значение ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС в Большой советской энциклопедии, БСЭ

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС

резонанс, одна из разновидностей электронного магнитного резонанса; проявляется в избирательном поглощении ферромагнетиком энергии электромагнитного поля при частотах, совпадающих с собственными частотами w0 прецессии магнитных моментов электронной системы ферромагнитного образца во внутреннем эффективном магнитном поле Н эф. Ф. р. в более узком смысле v возбуждение колебаний типа однородной (во всём объёме образца) прецессии вектора намагниченности J ( спиновых волн с волновым вектором k 0), вызываемое магнитным СВЧ-полем H |, перпендикулярным постоянному намагничивающему полю H 0. Однородный Ф. р., как и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), может быть обнаружен методами магнитной радиоспектроскопии . Поскольку магнитная СВЧ-восприимчивость (а следовательно, и поглощение) пропорциональна статической магнитной восприимчивости c0 J s /H 0 , где J s v намагниченность насыщения ферромагнетика, то при Ф. р. поглощение на несколько порядков больше, чем при ЭПР. Благодаря спонтанной намагниченности ферромагнетика поле Н эф может существенно отличаться от внешнего поля H 0 (из-за магнитной анизотропии и размагничивающих эффектов поверхности образца; см. Размагничивающий фактор ) , обычно Н эф (0 даже при H 0 0 ('естественный' Ф. р.). Основные характеристики Ф. р. v резонансные частоты, релаксация, форма и ширина линий поглощения, нелинейные эффекты v определяются коллективной многоэлектронной природой ферромагнетизма . Квантовомеханическая теория Ф. р. приводит к тому же выражению для частоты Ф. р. w0, как и классическому рассмотрение w0 g Нэф, где g g mБ/ v магнитомеханическое отношение , g v фактор спектроскопического расщепления ( Ланде множитель ) , mБ v магнетон Бора, h/ 2p v Планка постоянная . Через Н эф частота w0 зависит от формы образца, от ориентации H 0 относительно осей симметрии кристалла и от температуры. Наличие доменной структуры в ферромагнетике усложняет Ф. р., приводя к возможности появления нескольких резонансных пиков.

Обычно имеют дело с неоднородным Ф. р. v возбуждением магнитным СВЧ-полем неоднородных типов коллективных колебаний J s (спиновых волн с k ¹0), специфичных именно для ферромагнетиков. Существование нескольких типов резонансных колебаний, ветвей Ф. р. (спиновых волн с k ¹ 0), наряду с колебаниями типа однородной прецессии (с k 0) совершенно меняет характер магнитной релаксации и уширения линий поглощения при Ф. р. по сравнению с ЭПР. С квантовомеханической точки зрения процессы релаксации описываются как рассеяние спиновых волн друг на друге, на тепловых колебаниях ( фононах ) и на электронах проводимости (в металлах). Например, при однородном Ф. р. релаксация проявляется в уширении его линии поглощения на величину Dw0 , где t0 v время релаксации, т. е. среднее 'время жизни' спиновой волны с k 0 . Ширина линии D Н для различных ферромагнетиков меняется в пределах от 0,1 до 103 э . Основную роль в уширении линии играют статические неоднородности: примесные атомы, поры, дислокации , мельчайшие шероховатости на поверхности образца. Наиболее узкая линия (с D Н 0,53 э ) наблюдалась в монокристалле соединения Y3Fe5O12 v иттриевом феррите со структурой граната. В металлических ферромагнетиках один из главных механизмов уширения линий Ф. р. связан со скин-эффектом : СВЧ-поле из-за вихревых токов становится неоднородным и поэтому возбуждает широкий спектр спиновых волн. Существенную роль в рассеянии спиновых волн в металлических ферромагнетиках играет также взаимодействие волн с электронами проводимости. Ширина наиболее узкой линии Ф. р. в металлических ферромагнетиках по порядку величины составляет 10 э .

Нелинейные эффекты Ф. р. определяются связью между однородной прецессией магнитных моментов и неоднородными типами колебаний, которые отсутствуют при ЭПР. Из-за указанной связи при увеличении амплитуды напряжённости магнитного поля Н | до некоторой критической величины Н |, кр начинается быстрый (экспоненциальный) рост колебаний с определёнными волновыми числами (т. н. нестабильное возбуждение колебаний). Такой пороговый характер нестабильного возбуждения обусловлен тем, что при достижении Н |, кр , некоторые из спиновых волн с k ¹ 0 не успевают получаемую ими (от волн с k 0) энергию передавать другим спиновым волнам или фононам.

Магнитоупругие взаимодействия в ферромагнетиках (см. Магнитострикция )могут привести к параметрическому возбуждению нестабильных колебаний кристаллической решётки (фононов) магнитным СВЧ-полем и обратному эффекту v возбуждению спиновых волн СВЧ-полем упругих напряжений ( гиперзвуком ) . Изучение Ф. р. привело к созданию на его основе многих СВЧ-устройств: вентилей и циркуляторов, генераторов, усилителей, параметрических преобразователей частоты и ограничителей мощности.

Впервые на резонансный характер поглощения сантиметровых электромагнитных волн ферромагнетиками указал в 1911v13 В. К. Аркадьев .

Лит.: Ферромагнитный резонанс и поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях. Сб., пер. с англ., М., 1952; Ферромагнитный резонанс, М., 1961; Гуревич А, Г,, Ферриты на сверхвысоких частотах, М., 1960; его же, Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках, М,, 1973; Моносов Я. А., Нелинейный ферромагнитный резонанс, М., 1971; Magnetism, A treatise on modern theory and materials, v. I, N. Y. v L., 1963.

С. В. Вонсовский.

Большая советская энциклопедия, БСЭ.