ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС

Разновидность электронного магнитного резонанса в ферромагнетиках и ферримагнетиках; проявляется в избирательном поглощении ферромагнетиком энергии эл.-магн. поля при определ. (резонансных) значениях частоты w0 и внеш. магн, поля H0. При Ф. р. возбуждается резонансная прецессия намагниченности Js ферромагнетика в эффективном магн, поле Hэфф.

Возбуждение производится магн. СВЧ-полем H^, перпендикулярным внеш. пост. полю Н0. Однородный Ф. р. можно рассматривать как возбуждение спиновых волн с волновым вектором k=0. Ф. р., как и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), обнаруживают методами магн. радиоспектроскопии. Поскольку поглощаемая в-вом при резонансе эл.-магн. энергия пропорц. намагниченности в-ва, то при Ф. р. поглощение на неск. порядков больше, чем при ЭПР. Теория Ф. р. приводит к след. выражению для резонансной частоты

w0=gHэфф,

где g=gmБ/ћ — магнетомеханическое отношение, g — Ланде множитель (g-фактор), mБ — магнетон Бора.

Поле Hэфф существенно отличается от внеш. поля Н0. Оно зависит от полей магнитной анизотропии НА, констант магнитоупругого вз-ствия, размагничивающих полей. Последнее обстоятельство приводит к тому, что Hэфф зависит от формы образца. Напр., для образца эллипсоидальной формы, помещённого в поле Н0, параллельное оси координат z,

Hэфф=?(H1+(Ny-Nz)J)(H1+(Nx-Nz)J),

где Nx, Ny, Nz — размагничивающие факторы вдоль соответствующих главных осей эллипсоида, Н1=Н0+НA. Приведённая ф-ла справедлива для одноосного ферромагнетика с осью анизотропии вдоль оси г и без учёта магнитоупругой энергии. Доменная структура усложняет Ф. р. В частности, возможно наблюдение Ф. р. в отсутствии внеш. поля.

Основными хар-ками Ф. р. являются: 1) зависимость частоты w0 от внеш. поля; 2) форма и ширина (DН0) линии поглощения (обычно наблюдается при фиксированной частоте и изменяющемся поле). Из экспериментальной зависимости w0(H) можно определить поля анизотропии и g-фактор. Данные об изменении положения линии Ф. р. под давлением позволяют определить магнитоупругие константы. Ширина линии даёт информацию о процессах релаксации. Для релаксац. процессов при Ф. р. необходимо учитывать наряду с однородной прецессией намагниченности (k=0) су-шествование сплошного спектра спиновых волн (k?0). С квантовой точки зрения процессы релаксации описываются как рассеяние спиновых волн друг на друге, на тепловых колебаниях решётки (фононах) и на электронах проводимости (в металлах). Напр., при однородном Ф. р. релаксация проявляется в уширении линии поглощения на величину

Dw0=(дw0/дH)ХDH0=2/t0,

где t0 — время релаксации, т. е. ср. «время жизни» спиновой волны с А=0. Ширина линии DН0 для разл. ферромагнетиков меняется от 0,1 до 103 Э (от 8 до 79 600 А/м).

Осн. роль в уширении линии играют статич. неоднородности: примесные атомы, поры, дислокации, мельчайшие шероховатости на поверхности образца. Наиболее узкая линия (с DH0»0,2 Э) наблюдалась в монокристалле Y3Fe5O12 — иттриевом феррите со структурой минерала граната. В металлич. ферромагнетиках один из гл. механизмов уширения линий Ф. р. связан со скин-эффектом: СВЧ-поле из-за вихревых токов становится неоднородным и поэтому возбуждает широкий спектр спиновых волн. Существ. роль в рассеянии спиновых волн в металлич. ферромагнетиках играет также их взаимодействие с электронами проводимости. Ширина наиболее узкой линии Ф. р. в металлич. ферромагнетиках =10 Э.

Часто наблюдается неоднородный Ф. р.— возбуждение СВЧ-полем неоднородных по объёму образца колебаний намагниченности Js, они проявляются в виде магнетостатич. колебаний в сферич. образцах и дисках (моды Уокера) и в виде стоячих спиновых волн (с k?0) в тонких плёнках (спин-волновой резонанс). Наблюдение спин-волнового резонанса позволяет определить константу в законе дисперсии спиновых волн.

Нелинейные эффекты Ф. р. определяются связью между однородной прецессией магн. моментов и неоднородными колебаниями моментов, к-рые отсутствуют при ЭПР. Из-за указанной связи при увеличении амплитуды напряжённости магн. поля H^. до нек-рой критич. величины H^кр начинается очень быстрый (экспоненциальный) рост числа спиновых волн с определ. волновыми векторами (т. н. параметрич. возбуждение спиновых волн). Это приводит к «преждевременному» насыщению Ф. р. Магнитоупругие взаимодействия в ферромагнетиках могут привести к параметрич. возбуждению колебаний кристаллич. решётки.

Эксперименты по наблюдению параметрич. возбуждения спиновых волн и фононов позволяют определить время жизни этих квазичастиц с заданным значением k.

На явлении Ф. р. основаны многие СВЧ-устройства: резонансные вентили и фильтры, параметрич. усилители, преобразователи частоты, ограничители мощности и линии задержки. Во всех этих устройствах используется Ф.р. в ферритах.

Впервые на резонансный характер поглощения сантиметровых эл.-магн. волн ферромагнетиками указал в 1911—13 В. К. Аркадьев.