Введение к работе
Актуальность темы
Фундаментальные результаты последних десятилетий в теории взаимодействующих многих частиц были достигнуты на основе использования фундаментальных идей и математических методов, разработанных в статистической механике Н.Н. Боголюбовым. В частности, на основе математических методов, предложенных Н.Н. Боголюбовым, были решены важнейшие математические проблемы теории сверхпроводимости, сверхтекучести, магнетизма, твердых тел [1,2]. Одним из актуальных и результативных направлений исследования проблем статистической механики явилась техника функций Грина [3,4].
Потребности науки и современной техники активизируют поиск, разработку и исследование материалов, обладающих уникальными физическими свойствами. Весьма перспективными для создания функциональных элементов современной микроэлектроники являются сегнетомагнетики - структуры типа перовскита, симметрия которых допускает одновременное существование в определенном интервале температур магнитного и сегнетоэлекрического дальнего порядка. Сегнетомагнетики, к которым относится целый ряд соединений и сплавов составляют значительный класс среди различных типов магнитных структур. В последние годы этот ряд пополнили оксидные соединения, являющиеся важным структурным элементом высокотемпературных сверхпроводников [5, 6]. Это обуславливает в настоящее время сильно возросший интерес к исследованию модельных сегнето-магнитных систем как в нормальном так и сверхпроводящем состоянии, как объекта теории многих тел в современной быстро развивающейся области теории и эксперимента - физики магнитных мультис-лоев, сверхструктур. В этих кристаллах существует сильное взаимодействие между упругой, магнитной и сегнетоэлектрическими частями системы, что явилось предметом рассмотрения в целом ряде работ (см., например, [7-10]). Отметим здесь, что такие явления в этих системах как гигантское магнитосопротивление, магнитоэлекрическии эффект в значительной степени связаны с взаимодействием магнитной и сегнетоэлектрической подсистем кристалла.
Представляет интерес с точки зрения как теории, так и практики изучение сложных физических свойств сегнетомагнитоупорядочен-ных систем, подверженных влиянию различных внешних физических полей: электрического, магнитного полей и внешних механических напряжений.
Целью работы является исследование влияния внешних статических полей на параметры динамических взаимодействий в структурах типа перовскита на основе квантово-статитистических методов Н.Н. Боголюбова, а также изучение влияния сегнетомагнитоупругих взаимодействий на физические параметры сегнетомагнитного кристалла на основе симметрийного подхода.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи
- Исследование магнитоэлектрического взаимодействия под
влиянием внешнего магнитного, электрического полей и внешних на
пряжений.
Исследование магнитоупругого взаимодействия и поведения эффективного параметра магнон-фононного взаимодействия в магнитных системах с орторомбической кристаллической структурой во внешних постоянных магнитном и электрическом ПОЛЯХ.
Определение вклада в свободную энергию спиновой подсистемы, связанного с динамическими взаимодействиями спиновых волн, изучение зависимости от температуры и внешних полей энергетического спектра, намагниченности, теплоемкости орторомбического двухподрешеточного антиферромагнетика.
- Изучение затухания спиновых и акустических волн, связанное с процессами распада, слияния и рассеяния квазичастиц. Научная новизна и практическая ценность
С учетом линейной по внешнему электрическому полю магнитоэлектрической связи исследованы спектры спиновых и сегнето-электрических волн в орторомбическом антисегнетоантиферромагне-тике, а также затухание спиновых волн, определяемое процессами слияния и распада магнонов.
На основе симметрийного анализа кристалла исследован спектр акустических волн и их затухание, определяемое процессами слияния и распада фононов при наличии магнон-фононной связи.
Определены полевые и температурные зависимости намагниченности, спиновой теплоемкости, коэффициентов затухания и энергетического спектра антисегнетоантиферромагнетика с линейным по внешнему электрическому полю магнитоэлектрическим эффектом. С помощью диаграммной техники определен вклад в свободную энергию за счет взаимодействия спиновых волн, зависимость этого вклада от внешних магнитного и электрического полей и температуры.
Показано, что параметром магнитоупругого взаимодействия можно управлять с помощью внешних механических напряжений.
Достоверность результатов сформулированных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается следующими положениями
Методы теории приближенного вторичного квантования и температурных функций Грина широко используются в теоретической физике и основываются на экспериментальных результатах;
Построение диаграмм для магнитной подсистемы с сильным магнитоэлектрическим взаимодействием базируется на общепринятой теории возмущений для взаимодействующих частиц;
Полученные зависимости намагниченности в сегнетомагне-тиках от температуры качественно совпадают с экспериментальными результатами;
При расчетах спектров упругих волн использован симмет-рийный подход, расчеты проводились на кристаллах, обладающих тетрагональной симметрией кристаллической решетки. Полученные результаты в частных случаях совпадают с ранее известными результатами.
Основные положения, выносимые на защиту
Определены зависимости эффективных параметров магнитоэлектрического и магнитоупругого взаимодействия, спектров связанных магнитоупругих волн в орторомбических антисегнетоантиферро-магнетиках от приложенного внешнего магнитного и электрического поля, внешних напряжений;
Исследована зависимость энергетического спектра, спонтанной намагниченности от температуры, восприимчивости и спиновой теплоемкости от температуры, внешнего магнитного и электрического полей, внешнего напряжения;
В диаграммном представлении ряда теории возмущений для функции Грина взаимодействующих магнонов определены: вклад в свободную энергию, затухание магнонов, определяемое процессами слияния и распада магнонов друг с другом и магнонов с фононами;
Показано, что свойствами связанных сегнетомагнитоупругих волн в антиферромагнетиках можно управлять как внешними электрическим и магнитным полями, так и внешними напряжениями.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались:
на международных конференциях XLV (XLVII) Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». Новосибирск, 2007 г. (2009 г.), XV (XVI, XVIII) Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ло-
моносов» (2008, 2009, 2011 гг.), Международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» ОМА-11 (-12, -13), (Ростов-на-Дону. 2008, 2009 и 2010 гг.); 11-ом (12-ом, 13-ом) Международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» ODPO-11 (-12, -13), (Ростов-на-Дону. 2008, 2009 и 2010 гг.); XXI Международная конференция «Новое в магнитных материалах и магнетизме», Москва, 2009, IV Евро-азиатский симпозиум по проблемам магнетизма: наноспин-троника EASTMAG - 2010, г. Екатеринбург, 2010 г, Международная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых "Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании", 3-6 октября 2010, г. Уфа, Moscow International Symposium on Magnetism MISM 2011 (21-25 августа 2011) г. Москва, МГУ и на российских конференциях, школах и семинарах Двенадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-12, Новосибирск); Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону), Четырнадцатой Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых (ВНКСФ - 14, Уфа), ежегодных Республиканских научных конференциях студентов и аспирантов по физике и математике (Уфа, 2007-2010), а также на семинарах кафедры теоретической физики, кафедры статистической радиофизики и связи физического факультета Башкирского государственного университета.
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-20], в том числе в 5 изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации
