Технология получения и физические свойства тонких пленок (стр. 2 из 3)

Для описания структурного фазового перехода связанного с конденсацией этой моды рассматривается увеличенная ячейка, содержащая две формульные единицы с явно выделенным кислородным октаэдром MnO6 В этом случае можно использовать записанный ранее для структуры эльпасолита модельный гамильтониан в приближении локальной моды[2].Параметры гамильтониана вычислены из расчета полной энергии неискаженной и нескольких искаженных фаз. Для расчета статистической механики модельной системы использовался метод Монте-Карло. Были вычислены зависимости от температуры параметра порядка и теплоемкости для исследуемых соединений, причем растворы рассматривались как полностью разупорядоченные, так и упорядоченные. Из этих зависимостей были найдены температуры фазового перехода (из кубической в тетрагональную фазу) для каждого соединения: LaMnO3 -9800K, La1/2Mn1/2O3 -3900K,. CaMnO3 -1460K. Как видно, найденная температура для LaMnO3 и La1/2Mn1/2O3 значительно превышает температуру плавления этих соединений, и кубическая фаза, согласно данному расчету, в этих кристаллах не существует. И действительно экспериментально кубическая фаза в них не наблюдается. Напротив, как видно из расчетов, кубическая фаза кристалла CaMnO3 существует при температурах выше 1460К, что хорошо согласуется с экспериментальными данными [], где фазовый переход в кубическую фазу наблюдается при температуре 1193К.

Определение условий, при выполнении которых распространяющаяся в магнитном кристалле спиновая волна сопровождается электростатическим полем представляется важным, прежде всего потому, что в этом случае имеется возможность как для целенаправленного воздействия на спектр спиновых волн с помощью внешнего электрического поля, так и для формирования косвенного спин - спинового обмена через дальнодействующее электродипольное взаимодействие [1]. Подобный анализ приобретает особое значение, прежде всего в тех случаях, когда исследуемый тип нормальных магнитных колебаний по тем или иным причинам не является магнитодипольноактивным.

Как показано в [2-3], именно такая ситуация может реализоваться например для оптических или акустических магнонов в многоподрешеточных магнитных кристаллах (в частности антиферромагнитных) при условии, что участвующие в формировании нормальной спиновой волны магнитные атомы находятся не в центросимметричных позициях.

Вместе с тем хорошо известно, что одной из особенностей взаимодействия электромагнитной волны со спиновой подсистемой магнитного кристалла даже без учета конечных размеров реального образца является существование при любой кристаллической симметрии квадратичных магнитооптических эффектов [4-5]. Так для модели двухподрешеточного обменноколлинеарного одноосного антиферромагнетика (

- намагниченности подрешеток, , - модуль намагниченности отдельной подрешетки,) квадратичное магнитооптическое взаимодействие может быть представлено в виде [4]:

;(1)

Здесь

- тензор магнитооптических констант, -электрическое поле. Кроме того, считалось, что с хорошей степенью точности выполнено условие (где - вектор ферромагнетизма , а - вектор антиферромагнетизма )

В [4] было показано, что величина взаимодействия (1) может быть достаточно велика, что на эксперименте проявилось как существование линейного изотропного и анизотропного магнитного двупреломления уже в коллинеарной фазе легкоосного (ось OZ) антиферромагнитного (АФМ) кристалла.

Вместе с тем из (1) следует, что если такой антиферромагнитный кристалл поместить в постоянное внешнее электрическое поле

, то это может существенно повлиять на характер локализации вблизи границы раздела магнитной и немагнитной среды распространяющихся магнитных поляритонов не только ТЕ-, но и ТМ- типа. Анализ условий формирования поверхностных магнитных s- и p- поляритонов в центросимметричном антиферромагнетике, помещенном в постоянное внешнее электрическое поле был проведен в работе [6]. Что же касается условий влияния указанного механизма на дисперсионные свойства распространяющихся объемных магнитных ТМ- поляритонов в ограниченном центросимметричном магнетике, то до сих пор такой вопрос не обсуждался.

В связи с этим, целью данной работы является анализ влияния квадратичного магнитооптического взаимодействия (1) на спектр объемных кулоновских магнитных ТМ- поляритонов распространяющихся вдоль пластины негиротропного магнетика, помешенного в постоянное внешнее электрическое поле. В качестве примера магнитной среды рассмотрен легкоосный антиферромагнетик в коллинеарной фазе, при условии что

( - нормаль к границе раздела сред), а или .

Проведенный анализ в частности показывает, что:

1) для объемной ТМ- волны падающей на границу раздела «немагнитная среда - центросимметричный легкоосный антиферромагнетик» во внешнем электрическом поле, уже в безобменном пределе при

может наблюдаться эффект аномальной рефракции тогда как при становится возможным отрицательная рефракция (проекция групповой скорости падающей и прошедшей волны ТМ- типа на границу раздела сред имеют разные знаки);

2) уже в электростатическом пределе в пластине рассматриваемого центросимметричного антиферромагнетика во внешнем постоянном электрическом поле формируется распространяющаяся спиновая волна E- типа (объемный кулоновский ТМ- поляритон )

3) за счет изменения относительной ориентации внешнего электрического поля

и равновесного вектора антиферромагнетизма можно целенаправленно изменять тип распространяющейся ТМ- волны с прямого на обратный, т.е. влиять на направление потока энергии переносимого распространяющейся объемной электромагнитной волной вдоль магнитной пластины с заданной нормалью к поверхности пленки ;

4) в случае одновременного учета как электродипольного механизма косвенного спин-спинового взаимодействия также и неоднородного обмена, в зависимости от геометрии распространения постоянное электрическое поле может приводить к формированию при

точки минимума на дисперсионной кривой объемной магнонной моды Е - типа с заданным номером (Рис. 1 a) или к кроссоверу (Рис. 1 b) дисперсионных кривых объемных электродипольноактивных спин-волновых мод с разными номерами ( - проекция волнового вектора рассматриваемой волны на направление распространения). Найдено взаимно однозначное соответствие между локальной геометрией поверхности рефракции нормальных кулоновских ТМ- поляритонов в неограниченном антиферромагнетике и структурой спектра этого типа волноводных колебаний в антиферромагнитной пластине.

В частности, в рассматриваемом случае

, распространяющаяся вдоль АФМ пленки толщиной 2d ( ) объемная спиновая волна будет волной обратного типа, если проекция внешней нормали к поверхности рефракции (Рис 2 a, b) на ось OY в точке пересечения этой поверхности с прямой имеет отрицательный знак, если же проекция положительна, то соответствующая волна при заданных частоте, волновом числе и номере моды будет волной прямого типа. Если же при некотором эта проекция на ось OY равна нулю, то такая ситуация имеет место в случае, когда на дисперсионной кривой объемной моды с номером , бегущей вдоль поверхности пленки толщиной 2d, на заданной частоте и значении волнового числа имеется экстремум для этого.