Физика/2. Физика твердого тела

Д. ф.-м. н. Жуков Е. А., к. ф.-м. н. Каминский А. В.,

к. ф.-м. н. Щербаков Ю. И.

Тихоокеанский государственный университет, Россия

определение упругих и магнитоупругих констант магнитных кристаллов

В настоящей работе реализован метод измерения магнитных, упругих и магнитоупругих констант магнитных кристаллов [1]. Метод основан на измерениях зависимостей резонансных частот изгибных колебаний пластин от магнитного поля. В соответствии с ним закон дисперсии изгибных колебаний ферро и антиферромагнитных пластин в линеаризованной форме имеет вид:

,

где , – предельные частоты при и , соответственно.

Это позволяет, используя метод наименьших квадратов, определить комбинации магнитных, упругих и магнитоупругих параметров , и .

Метод экспериментально апробирован на пластинах гематита и бората железа, ряд уникальных свойств которых, в частности, магнитооптических [2], делают их перспективными для применения в быстродействующих устройствах обработки информации.

Методика эксперимента аналогична описанной в [3]. Исследуемый образец закреплялся на поверхности пьезокерамической пластины. Магнитное поле создавалось постоянным магнитом, измерение величины поля – датчиком Холла. Луч He-Ne лазера ЛГН – 223 – 1 был сфокусирован на поверхности незакрепленной части образа, а отраженный от поверхности образца луч был направлен на фотодиод ФДК-142.

Для возбуждения изгибных колебаний к пьезокерамической пластине прикладывалось синусоидальное напряжение от генератора сигналов звуковой частоты Г3 – 112. Этот сигнал, а также сигнал с фотодиодной измерительной схемы подавались на входы цифрового осциллографа Tektronix TDS5054B, позволяющего получать осциллограммы, усредненные за несколько десятков проходов.

На определенных частотах подаваемого на пьезокерамику напряжения наблюдалось увеличение амплитуды изгибных колебаний пластины образца, что фиксировалось по сигналу фотодиода. Снимались зависимости амплитуды сигнала фотодиода и фазового сдвига между подаваемым на пьезокерамику напряжением и сигналом фотодиода от частоты. Они позволили определить зависимость резонансной частоты изгибных колебаний от величины магнитного поля.

На рис. 1 приведена зависимость Y(X), построенная по результатам измерений, и прямая, построенная по методу наименьших квадратов для пластин гематита с толщинами 120 мкм (а) и 85 мкм (б).

По этим данным с хорошей точностью можно определить комбинацию магнитных параметров , и измерить константы , . Так, по данным для двух кристаллов гематита с разными толщинами (рис. 1) комбинация оказывается равной 1.9×10^–3 Э^–1, что согласуется с известными параметрами m = 0.0013, H_a = 0.7 Э, из [4]. Аналогичное соответствие было получено и для образцов бората железа.

Используя образцы пластин, вырезанные в разных кристаллографических плоскостях и возбуждая изгибные колебания с различными направлениями волнового вектора, можно получить систему уравнений для соответствующих комбинаций , из которых можно определить упругие константы. Используя эти константы, можно из системы уравнений для , определить магнитоупругие константы. При этом результаты измерений чувствительны к качеству обработки только двух поверхностей, ограничивающих пластину (в нашем случае вдоль оси С) и не зависят от размеров и формы образцов по другим координатам, что выгодно отличает его от традиционной методики, в которой измерения проводятся на образцах, грани которых обработаны со всех сторон [4]. Последнее свойство может стать незаменимым при измерении констант наноразмерных гетероструктур.

а б

Рис. 1. Линеаризованная зависимость Y(X) для пластин гематита с толщинами 120 мкм (а) и 85 мкм (б)

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № 2.1.1/11383).

Литература:

1. Жуков Е. А., Каминский А. В., Щербаков Ю. И. Метод определения упругих и магнитоупругих констант магнитных кристаллов: - Достижения высшей школы - 2011: Сборник тезисов докладов ІI Международной научно-практической конференции, 17 - 25 ноября 2011 г., Бял ГРАД-БГ (г. София, Болгария), 2011.

2. Bar’yakhtar V. G., Chetkin M. V, Ivanov B. A., Gadetskii S. N. Dynamics of Topological Magnetic Solitons. Experiment and Theory. – Berlin. : Springer-Verlag, Springer Tracts in Modern Physics. 1994. V. 129.

3. Жуков Е. А., Каминский А. В., Щербаков Ю. И. Изгибные колебания пластин бората железа в магнитном поле // Вестник ТОГУ. – 2010. – № 2.

4. Burzo E. Magnetic Properties of Non-Metallic Inorganic Compounds Based on Transition // Landoldt-Börnstein. Elements Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology / Edited by K.-H. Hellwege. – Berlin.: Springer-Verlag, New Series, Group III: Solid State Physics. – 1993. – V. 27h.