Исследование упругих и магнитоупругих взаимодействий в магнетиках на основе 3d – переходных элементов
Аннотация
Рассмотрена задача о распространении ультразвуковых акустических волн вдоль направления [100] интерметаллического монокристалла LuCo3 вблизи кроссовера «низкий спин - высокий спин», перпендикулярного направлению намагниченности [001], на основе теории линейного отклика с использованием формализма мацубаровских функций Грина. Показано, что механизм Уоллера магнон-фононного взаимодействия, согласно которому акустическая волна модулирует расстояние между двумя магнитными ионами, обеспечивает канал рассеяния фононов на магнонах. Этот канал рассеяния активируется в процессе кроссовера при достижении намагниченностью некоторого критического значения, что приводит к резонансному поглощению энергии фононов распространяющейся ультразвуковой волны на переходы между магнонными состояниями. В результате потери фононной энергии коэффициент ослабления ультразвука испытывает резкий рост в области кроссовера «низкий спин - высокий спин», что подтверждается экспериментальными измерениями.
Предложена модель магнитного гистерезиса соединения Fe0.5TiS2, которая учитывает вклад двухионного магнитоупругого взаимодействия в молекулярные поля и позволяет получить широкие петли гистерезиса, типичные для изинговского ферромагнетика при низких температурах. В частности, показано, что это взаимодействие может объяснить существование метастабильного ферромагнитного упорядочения в нулевом магнитном поле, которое и обеспечивает специфический вид гистерезиса при низких температурах, а нагревание разрушает это состояние и приводит к появлению кривых намагничивания, характерных для антиферромагнетика. Также показано, что константа, характеризующая двухионное магнитоупругое взаимодействие, в основном и определяет величину коэрцитивной силы в ферромагнитном режиме гистерезиса и соответствующий температурный диапазон существования метастабильного ферромагнитного состояния в нулевом магнитном поле.
Показано, что искажения магнитной солитонной решётки одноосного хирального гелимагнетика Cr1/3NbS2 под действием упругого растягивающего напряжения можно описать с помощью модели двойного синус-Гордона. Эта модель демонстрирует существование двух пространственно-неоднородных фаз: той, в которой сохраняется поляризация намагниченности вдоль внешнего магнитного поля, и фазы так называемой «упакованной» структуры, в которой намагниченность направлена под углом к внешнему полю. Наличие двух фаз объясняется формированием (под действием упругих напряжений) оси эффективной магнитоупругой анизотропии, которая может быть направлена либо вдоль внешнего поля, поперечного по отношению к геликоидальной оси, либо перпендикулярно как к внешнему полю, так и к геликоидальной оси. При этом каждому решению соответствует уникальная дифрактограмма просвечивающей лоренцевской электронной микроскопии, что позволяет идентифицировать эти фазы на эксперименте.
Показано, что закон дисперсии связанных магнитоупругих волн определяется основным магнитным состоянием одноосного хирального гелимагнетика Cr1/3NbS2. В конической фазе, когда внешнее магнитное поле приложено вдоль геликоидальной оси, спектр обнаруживает необратимость относительно изменения направления волнового вектора, в то время как в фазе магнитной солитонной решётки, когда внешнее магнитное поле приложено перпендикулярно геликоидальной оси, закон дисперсии демонстрирует мультирезонансное поведение.
В рамках микрополярной теории упругости рассмотрена динамика нецентросимметричного кристалла на примере слоистого ван-дер-ваальсова соединения Cr1/3NbS2 гексагональной симметрии. Показано, что закон дисперсии фононов, полученный на основе такого подхода, обнаруживает ряд особенностей. Во-первых, для поперечных фононных мод наблюдается эффект Рашбы - поляризационно-зависимое расщепление фононных зон, аналогичное расщеплению электронных зон, вызванное спин-орбитальным взаимодействием. Во-вторых, показано, что гибридизация акустических (поступательных) и оптических (вращательных) поперечных фононных мод может приводить к минимуму дисперсионной зависимости, аналогичному ротонному минимуму в 4He. Следует отметить, что фононный спектр хирального кристалла оказывается невзаимным без привлечения других подсистем, в отличие от фононного магнитохирального эффекта, для которого расщепление достигается за счёт взаимодействия с невзаимными магнонами.
Предложена модель магнитного гистерезиса соединения Fe0.5TiS2, которая учитывает вклад двухионного магнитоупругого взаимодействия в молекулярные поля и позволяет получить широкие петли гистерезиса, типичные для изинговского ферромагнетика при низких температурах. В частности, показано, что это взаимодействие может объяснить существование метастабильного ферромагнитного упорядочения в нулевом магнитном поле, которое и обеспечивает специфический вид гистерезиса при низких температурах, а нагревание разрушает это состояние и приводит к появлению кривых намагничивания, характерных для антиферромагнетика. Также показано, что константа, характеризующая двухионное магнитоупругое взаимодействие, в основном и определяет величину коэрцитивной силы в ферромагнитном режиме гистерезиса и соответствующий температурный диапазон существования метастабильного ферромагнитного состояния в нулевом магнитном поле.
Показано, что искажения магнитной солитонной решётки одноосного хирального гелимагнетика Cr1/3NbS2 под действием упругого растягивающего напряжения можно описать с помощью модели двойного синус-Гордона. Эта модель демонстрирует существование двух пространственно-неоднородных фаз: той, в которой сохраняется поляризация намагниченности вдоль внешнего магнитного поля, и фазы так называемой «упакованной» структуры, в которой намагниченность направлена под углом к внешнему полю. Наличие двух фаз объясняется формированием (под действием упругих напряжений) оси эффективной магнитоупругой анизотропии, которая может быть направлена либо вдоль внешнего поля, поперечного по отношению к геликоидальной оси, либо перпендикулярно как к внешнему полю, так и к геликоидальной оси. При этом каждому решению соответствует уникальная дифрактограмма просвечивающей лоренцевской электронной микроскопии, что позволяет идентифицировать эти фазы на эксперименте.
Показано, что закон дисперсии связанных магнитоупругих волн определяется основным магнитным состоянием одноосного хирального гелимагнетика Cr1/3NbS2. В конической фазе, когда внешнее магнитное поле приложено вдоль геликоидальной оси, спектр обнаруживает необратимость относительно изменения направления волнового вектора, в то время как в фазе магнитной солитонной решётки, когда внешнее магнитное поле приложено перпендикулярно геликоидальной оси, закон дисперсии демонстрирует мультирезонансное поведение.
В рамках микрополярной теории упругости рассмотрена динамика нецентросимметричного кристалла на примере слоистого ван-дер-ваальсова соединения Cr1/3NbS2 гексагональной симметрии. Показано, что закон дисперсии фононов, полученный на основе такого подхода, обнаруживает ряд особенностей. Во-первых, для поперечных фононных мод наблюдается эффект Рашбы - поляризационно-зависимое расщепление фононных зон, аналогичное расщеплению электронных зон, вызванное спин-орбитальным взаимодействием. Во-вторых, показано, что гибридизация акустических (поступательных) и оптических (вращательных) поперечных фононных мод может приводить к минимуму дисперсионной зависимости, аналогичному ротонному минимуму в 4He. Следует отметить, что фононный спектр хирального кристалла оказывается невзаимным без привлечения других подсистем, в отличие от фононного магнитохирального эффекта, для которого расщепление достигается за счёт взаимодействия с невзаимными магнонами.