Введение к работе
Актуальность темы Известно, что для большинства магнетиков магнито-упругое (МУ) взаимодействие является относительно слабым и, как правило, не оказывает существенного влияния на их свойства. Однако эффективное проявление МУ взаимодействия, которое возможно в области спин-переориентационного фазового перехода (СПФП), при достижении условий МУ резонанса и т.д., приводит к динамическим эффектам таким как, например, существование связанных МУ волн [1, 2]. С этой точки зрения одной из основных задач теории колебаний и нелинейных явлений является анализ их спектра.
Важно отметить, что при исследовании нелинейных МУ колебаний в различных средах определились два подхода. Первый из них основан на анализе уравнений МУ динамики среды, которые для конкретного магнетика решаются в слабонелинейном приближении. В этом случае, полученные уравнения могут сводиться к универсальным точно интегрируемым моделям, описывающим распространение малоамплитудных нелинейных волн [3-6].
Второй подход основан на решении нелинейных дифференциальных уравнений (уравнения Ландау-Лифшица и упругости), описывающих волны с произвольной амплитудой, приближенными методами. Либо при рассмотрении легкоплоскостных магнетиков делается предположение о невыходе вектора намагниченности из легкой плоскости [7-Ю], либо пользуются методами качественной теории дифференциальных уравнений, которые дают правильную оценку предельной скорости стационарных уединенных МУ волн, но не позволяют определить зависимость амплитуды этих волн от скорости их распространения [10] и выявить структуру соответствующих решений. В первом случае для ряда легкоплоскостных магнетиков были найдены возможные типы нелинейных МУ волн, распространяющихся вдоль оси анизотропии. В частности, возможные типы МУ волн в таких магнетиках с относительно небольшой анизотропией в плоскости базиса, т.е. находящихся в области СПФП, рассматривались в работе [8]. С этой точки зрения, подобный спектр исследований
для куоических ферромагнитных^кристаллов днггяется новой задачей, la-
I'Ot НАЦИОНАЛЫ*»
кои анализ позволяет выявить вопрос о влиянии симметрии и характера нелинейного потенциала взаимодействия на возможные типы МУ колебаний в кристаллах кубической симметрии.
С другой стороны, влияние МУ взаимодействия наблюдается не только при достижении системой области СПФП, но и при выполнении условий МУ резонанса. В работах [11-15] были обнаружены значительные аномалии в динамике доменных границ (ДГ) в иприевом ортоферрите (антиферромагнетик со слабым ферромагнетизмом). Экспфиментальные исследования подобного рода проводились и для пленок ФГ различного состава с ориентацией (111), например, в работах [16-19]. В [19] было показано, что предельная скорость движения ДГ увеличивалась и достигала своего максимального значения (в зависимости от величины плоскостного магнитного поля), превосходящего скорость поперечного звука в ФГ иттрия.
Рост интереса к обозначенной проблеме вызывает необходимость теоретического рассмотрения вопроса о возможных значениях предельной скорости стационарного движения ДГ для ФГ пленок типа (111), что позволит расширить границы их технического применения.
Теоретическое исследование спектра линейных МУ волн в магнетиках, изотропных по упругим и МУ свойствам [20], позволило объяснить экспериментальные результаты по исследованию аномалий скорости звука и существование мягких магнитозвуковых мод [21]. Однако, некоторые выводы [20] вследствие принятого допущения требовали дополнительного изучения этой ситуации для кристалла с конкретной симметрией. В связи с этим возник интерес к исследованию спектра МУ волн в ферромагнитных кристаллах кубической симметрии (пластинах типа (111)) с учетом диссипации в магнитной подсистеме и вклада антисимметричной части тензора деформации. Возрастание релаксационных процессов в магнитной подсистеме существенно ограничивает область проявления магнитоакустических эффектов, поэтому представляется важным рассмотреть вопрос о характере затухания МУ волн вблизи СПФП.
Целью настоящей диссертационной работы является исследование магни-тоупругой динамики кубического ферромагнетика (аналог (Неориентированной пластины типа ферритов - гранатов) с учетом затухания
: Mv і* -А [
і *и а* л> -
в магнитной подсистеме и вклада антисимметричной части тензора деформации, а также анализ возможных значений предельной скорости ДГ и выявление типов МУ волн, реализуемых в магнетиках с подобной симметрией.
Научная ценность и новизна
Впервые рассчитаны спектры линейных МУ волн для упругонапряжен-ного кубического ферромагнетика с о | [111] в двухконстантном приближении для кубической анизотропии (КА) с учетом релаксационных процессов.
Выявлен анизотропный характер скорости распространения слабозатухающих квазиупругих колебаний и проанализированы условия, при которых подобный эффект проявляется максимальным образом.
Рассмотрена вращательно-инвариантная теория распространения линейных магнитоупругих волн. Впервые проведен анализ вклада враща-тельно-инвариантных слагаемых в анизотропию скорости распространения и скорости затухания квазиупругих волн, в условие устойчивости симметричных фаз, а также в другие магнитоакустические эффекты, наблюдаемые в пластине (111).
Получено выражение для предельной скорости стационарного движения доменной границы (в случае движения ее вдоль оси анизотропии) для материалов типа ФГ и проведена ее оценка в зависимости от материальных параметров образца.
Исследован вопрос о возможных типах нелинейных МУ волн стационарного типа, распространяющихся вдоль оси анизотропии в бездис-сипативном приближении. Проведен анализ топологии полученных решений.
Практическая ценность
Теоретические и численные результаты, приведенные в диссертации, существенно расширяют наши представления о магнитоупругих свойствах исследуемых кристаллов, позволяют выявить и понять механизм влияния двух типов анизотропии различной природы при наличии диссипативных процессов в магнитной подсистеме на спектр МУ волн, а
также дают возможность установить особенности их распространения в области спин - переориентационного фазового перехода.
Приведенные в работе исследования МУ динамики для кубического ферромагнетика при действии внешних напряжений с а|'[111] могут быть использованы в широком классе магнетиков, обладающих той же симметрией. В силу того, что эти материалы обладают высокими магнитооптическими характеристиками, развитой технологией выращивания и широко применяются в различных магнитоэлектронных устройствах, полученные результаты могут быть использованы для оптимизации их технических характеристик.
Положения, выносимые на защиту:
1: Результаты аналитического исследования спектра линейных затухающих МУ волн, распространяющихся в кубическом ферромагнетике, при действии упругих напряжений с сг||[111] в двухконстант-ном приближении для кубической анизотропии. Численный анализ анизотропных свойств скорости распространения МУ колебаний. Особенности МУ динамики, устойчивость симметричных фаз и акустический эффект Фарадея в рамках вращательно-инвариантной теории. 2. Результаты аналитического и численного исследования нелинейной МУ динамики. Выявление возможных типов МУ волн стационарного типа, распространяющихся вдоль оси анизотропии, и их топологии. Оценка предельной скорости стационарного движения доменной границы для кубических кристаллов типа ферритов-фанатов в зависимости от материальных параметров образца. Достоверность результатов настоящей работы подтверждается качественным согласием с экспериментальными данными, использованием хорошо апробированных аналитических методов расчета, совпадением в предельных случаях с ранее известными исследованиями.
Апробация работы Результаты диссертации докладывались и обсуждались на Республиканской научной конференции студентов и аспирантов по физике и математике.(г. Уфа, 2000 г.), Школе - семинаре «Актуальные
проблемы физической и функциональной электроники» (г. Ульяновск, 2001 г.), Всероссийской научной конференции студентов - физиков и молодых ученых ВНКСФ.- 8 (г. Екатеринбург, 2002 г.), Международной конференции «Фазовые переходы и нелинейные явления в конденсированных средах» (г. Махачкала, 2002 г., 2004 г.), Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2003» (г. Москва, 2003 г.), Международном семинаре по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и на-ноструктурных объектах (г. Астрахань, 2003 г.), Байкальской международной конференции «Магнитные материалы» (г. Иркутск, 2003 г.), International conference on magnetism ІСМ 2003 (Roma, Italy, July 27-august 1, 2003), International conference «Functional Materials» ICFM-2003 (Ukraine, Crimea, Partenit, October 6-11, 2003), XXX Международной зимней школе физиков теоретиков «Коуровка-2004» (г. Екатеринбург - Челябинск, 22-28 февраля 2004 г.), XIX Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (г. Москва, 28 июня-2 июля 2004 г.), Euro-Asian symposium «Trends in magnetism». EASTMAG -2004. (Krasnoyarsk, Russia, August 24-27, 2004), Joint European Magnetic Symposia (Germany, Dresden, September 05-10,2004).
Публикации Основное содержание диссертации отражено в 19 печатных изданиях, список (А1-А19) которых приведен в конце автореферата. Из них 3 статьи в центральной печати, 6 в сборниках трудов, 10 тезисов.
Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения списка работ по теме диссертации и цитируемой литературы, а также приложений и насчитывает ПО страниц, включая 20 рисунков и 104 библиографические ссылки.
