Магнитоакустические волны в легкоплоскостных ферромагнетиках

Жуков Е.А., Каминский А.В, Щербаков Ю.И.

Ряд магнетиков оказывается прозрачным в видимом и ближнем ИК диапазонах света, что делает возможным использование оптических методов не только для записи, считывания и обработки информации, но и для исследований этих магнетиков. Особое место среди них занимают антиферромагнетики с небольшим скосом магнитных моментов подрешеток (слабые ферромагнетики). К последним относятся ортоферриты, борат железа, гематит и др. [8], ряд уникальных свойств которых, в частности, магнитооптических, делают их перспективными для применения в быстродействующих устройствах обработки информации. Эти кристаллы характеризуются сильной магнитоакустической связью, приводящей к нелинейности динамики доменных границ [8, 9] и нелинейности акустических волн [10], а также сверхбыстрой динамикой магнитной подсистемы [11].

В настоящей работе экспериментально исследованы волны Лэмба в пластинах бората железа FeBO₃ во внешнем магнитном поле. Использовались образцы в форме плоскопараллельных пластин толщиной около 100 мкм и поперечными размерами 2÷3 мм. Естественные грани пластин, совпадающие с базисной плоскостью, не подвергались механической обработке. Исследуемый образец бората железа FeBO₃ закреплен на поверхности пьезокерамической пластины (рис. 1). Для создания однородного в плоскости образца магнитного поля используется постоянный магнит с характерными размерами, значительно превышающими размеры образца. Магнит ориентирован таким образом что силовые линии его магнитного поля расположены в базисной плоскости образца бората железа. Магнит закреплен на подвижной опоре, так что существует возможность плавного изменения расстояния до исследуемого образц

Рис. 1. Схема эксперимента

1 - образец FeBO₃, 2 - пьезокерамика,

3 - постоянный магнит,

4 - He-Ne лазер, 5 - фотодиод

Для возбуждения колебаний к пьезокерамической пластине прикладывалось синусоидальное напряжение от низкочастотного генератора сигналов Г3 – 112 (U_m = 15 В). Этот сигнал, а также сигнал фотодиодной измерительной схемы подавались на входы запоминающего цифрового осциллографа Tektronix TDS5054B. Усреднение сигнала фотодиода снизило погрешность измерения параметров сигнала.

Н

а) б)

в полях H = 6,3 Э (1) и 556 Э (2).

На рис. 3 приведена зависимость резонансной частоты изгибных колебаний пластинки бората железа в присутствии внешнего магнитного поля от его величины. Изменение резонансной частоты составило примерно 1 %.

Рис. 3. Зависимость сдвига резонансной частоты изгибных колебаний от магнитного поля

Полученные результаты представляют не только фундаментальный интерес, позволяя глубже понять физику динамического взаимодействия магнитной и акустической подсистем в магнитных пластинах, но и могут найти практическое применение. Следует считать целесообразным дальнейшее продолжение исследований с другими магнитными материалами.

1. 
   Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures III / Edited by B. Hillebrands and A. Thiaville . – Berlin.: Springer-Verlag, Topics in Applied Physics. – 2006. – V. 101, 345 p.
   
2. 
   Bayer C., Kostylev M. P., Hillebrands B. Spin-wave eigenmodes of an infinite thin film with periodically modulated exchange bias field // Appl. phys. lett. – 2006. – V. 88. – N. 11. – P.  112- 504 (3).
   
3. 
   Гуляев Ю. В., Дикштейн И. Е., Шавров В. Г. Поверхностные магнитоакустические волны в магнитных кристаллах в области ориентационных фазовых переходов // УФН. – 1997. – Т. 167. – № 7. – С. 735–750.
   
4. 
   Palkar V. R., Prashanthi K. Observation of magnetoelectric coupling in Bi_0.7Dy_0.3FeO₃ thin films at room temperature // Appl. Phys. Lett. – 2008. – V. 93. – N. 13. – P. 132906(3).
   
5. 
   Барьяхтар В. Г., Локтев В. М., Рябченко С. М. Вращательная инвариантность и магнитоизгибные колебания ферромагнитных пластин (стержней) // ЖЭТФ. – 1985. – Т. 88. – Вып. 5. – С. 1752–1756.
   
6. 
   Дикштейн И. Е. Упругие волны в магнитных кристаллах в окрестности ориентационного фазового перехода во внешнем поле // ФТТ. – 1989. – Т. 31. – Вып. 3. – С. 175–180.
   
7. 
   Беспятых Ю. И., Дикштейн И. Е. Неоднородные магнитострикционные состояния в одноосных ферромагнитных пленках // ФТТ. – 1999. – Т. 41. – Вып. 4. – С. 665–671.
   
8. 
   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, 179 р.
   
9. 
   Ким П. Д., Хван Д. Ч. Вынужденные колебания доменной стенки на высоких частотах // ФТТ. – 1982. – Т. 24. – Вып. 8. – С. 2300–2304.
   
10. 
    Ожогин В. И., Преображенский В. Л. Ангармонизм смешанных мод и гигантская акустическая нелинейность антиферромагнетиков // УФН. – 1988. – Т. 155. – Вып. 4. – С. 593–621.
    
11. 
    Kalashnikova A. M., Kimel A. V., Pisarev R. V., Gridnev V. N., Kirilyuk A., Rasing Th. Impulsive Generation of Coherent Magnons by Linearly Polarized Light in the Easy-Plane Antiferromagnet FeBO₃ // Phys. Rev. Lett. – 2007 – V. 99. – N. 16. – P. 167205(4).