Магнитоупругие волны. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Магнитоупругие волны - волны, возникающие в магнитоупорядоченных кристаллах - ферро- и антиферромагнетиках - из-за связи между магн. и упругими свойствами вещества. Упругие волны, т. е. колебания ионов в кристаллич. решётке относительно положения равновесия, в магнитоупорядоченных кристаллах сопровождаются колебаниями спинов, а следовательно, и колебаниями их магн. моментов; в свою очередь колебания спинов, т. е. спиновые волны ,вызывают смещение ионов. T. о. появляется связь между фононной и спиновой, или магнитной, подсистемами. В M. в. изменение магн. параметров состояния (напр., намагниченности) связано с изменением упругих параметров (деформации, механич. напряжения). Возникновение M. в.- одно из проявлений магнитоупру-гого взаимодействия, к-рое в первом приближении можно описать магнитоупругой энергией единицы объёма вещества:

где

- тензор магнитоупругих констант, имеющий размерность плотности энергии, u_ik - тензор деформаций, M₀ - модуль вектора намагниченности, M_l/ M₀ и М_т/M₀ - направляющие косинусы вектора намагниченности. В ф-ле (1) суммирование осуществляется по дважды встречающимся индексам. Здесь рассматриваются только те колебания, в к-рых модуль вектора M₀ остаётся постоянным. Смешанная M. в., в к-рой переменными величинами являются как механические, так и магн. параметры состояния, т. е. и u_ik и M _{l , m}, наиб, ярко проявляется в области частот, где длина 'упругой волны оказывается близкой по величине к длине спиновой волны (магнитоакустич. резонанс). Дисперсионное соотношение для спиновой волны имеет вид

где g - магнитомеханическое отношение для электрона, А - обменная постоянная,

, H₀ - напряжённость внешнего постоянного магн. поля, .N - размагничивающий фактор, k - волновой исктор,

- угол между направлениями H₀ и k. Дисперсионные соотношения для продольной и поперечной упругих волн имеют вид

где с_l и c_t - скорости звука для продольной и поперечной упругих волн.

Особенности поведения M. в. можно рассмотреть на примере плоских волн, распространяющихся вдоль одного из рёбер решётки кубич. кристалла. Если внеш. магн. поле H₀ ориентировано вдоль направления распространения волн (Q =0), то при наличии магнитоупругой связи дисперсионные соотношения для продольной и поперечной волн примут вид

Здесь b - магнитоупругая константа,

- плотность вещества, M _s - намагниченность насыщения, (w_сп - значение w, соответствующее решению дисперсионного соотношения (2). В этом случае продольная часть фононно-го спектра оказывается не связанной с магн. подсистемой (кривая 1 на рис.), а для поперечных волн возможны два решения k₊ и k_, соответствующих двум знакам в соотношении (4).

Пересечение дисперсионных кривых поперечной упругой (кривая 2) и спиновой (кривая 3)волн происходит при значении волнового числа k = k₀, т. е.

При k << k₀ сплошная кривая 3-2 соответствует чисто спиновой волне, а кривая 2-3 - чисто поперечной упругой и обе волны распространяются со своими скоростями почти независимо друг от друга. При k >> k₀ кривая 3-2 соответствует упругой волне, а кривая 2-3 - спиновой и снова волны почти не зависят друг от друга. В области пересечения существуют две связанные M. в., описываемые соотношением (4). При k ~k₀ происходит расщепление дисперсионных кривых на две ветви с частотами

(масштаб кривых на рис. преднамеренно сильно искажён, т. к. обычно

При фиксиров. частоте

магнитоупругое взаимодействие обусловливает возможность появления двух волн с волновыми числами k₊ и k_, к-рые распространяются с разной скоростью. Это приводит к вращению плоскости поляризации линейно поляризованной сдвиговой волны. Угол

, на к-рый поворачивается плоскость поляризации в волне, прошедшей расстояние z, равен

M. в. могут использоваться для преобразования звуковой волны в спиновую и обратно. В таких материалах, как, напр., монокристаллы ферритов-гранатов, на частотах ~10⁹ Гц гораздо легче возбудить и принять спиновую волну, чем звуковую. Если образец феррита поместить в СВЧ-резонатор и возбудить в нём спиновую волну, то при наличии пост. магн. поля, неоднородного по пространству, по образцу побежит спиновая волна с переменным волновым числом k. При уменьшении напряжённости поля H в направлении распространения спиновой волны и при фиксиров. частоте w, задаваемой резонатором, величина k по мере распространения будет увеличиваться. Когда она достигнет значения k ~ k₀, спиновая волна вследствие магнитоупру-гого взаимодействия превратится в магнитоупругую, а при дальнейшем увеличении k -в чисто упругую волну. Дальнейшее уменьшение H уже не будет влиять на характер распространения упругой волны. При таком преобразовании скорость распространения волн изменяется, поскольку скорость упругой волны гораздо больше, чем скорость спиновой волны. Если, начиная с к--л. точки пространства, величина H возрастает и, следовательно, волновое число для спиновых волн уменьшается, то может произойти обратное преобразование звуковой волны в спиновую. T. о., создавая в образце неоднородное магн. поле, можно преобразовывать друг в друга упругие и спиновые волны и тем самым изменять скорость распространения и время прохождения сигнала по образцу.

Взаимодействие спиновых и упругих волн осуществляется на высоких УЗ- и гиперзвуковых частотах, поскольку область существования спиновых волн ограничена снизу частотами ~10⁸ Гц. Верх, граница для M. в. также определяется возможностью получения спиновых волн и составляет ~5·10¹⁰ Гц.

Наилучшим материалом для возбуждения M. в. являются ферриты, в частности монокристаллы железоит-триевого граната, обладающие высокой добротностью как магнитной, так и упругой подсистем. Эти кристаллы используются в акустоэлектронике для изготовления линий задержки сигналов СВЧ. Управляя посредством неоднородного магн. поля скоростью распространения сигнала (за счёт преобразования волн), можно создавать линии с переменным временем задержки, а используя усиление M. в., возникающее из-за нелинейности магнитоупругого взаимодействия, можно добиться значит, снижения потерь при распространении сигнала.

Литература по магнитоупругим волнам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.