Файл: Физика магнитных диэлектриков..pdf

мальное значепие при ß=45°. Эксперимеытальпая зависи­ мость, показанная на рис. 4. И , имеет именно такой ха­ рактер.

§ 8. АКУСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ФАРАДЕЯ И ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ

При распространении поперечных упругих волн в магнитоупорядочеином кристалле наблюдается не только магнитоупругий резонанс, но также и эффекты, связанные

стем, что различные компоненты смещения в поперечной упругой волне по-разному взаимодействуют со спиновыми волнами. Так, например, при распространении вдоль на­ правления типа < 100 > в кубическом кристалле или вдоль главной оси симметрии в гексагональном кристалле при магнитном поле, параллельном направлению распро­ странения, поперечные волны, как было показано в § 6, су­ ществуют в виде циркулярно поляризованных компонент

сразным направлением вращения. Одна из этих компо­ нент связана со спиновыми волнами, для другой — такая связь практически отсутствует. Если в кристалле с по­ мощью, например, пьезопреобразователя возбуждена бе­

гущая поперечная волна с линейной поляризацией, то эта волна распадается на две циркулярно поляризован­ ные компоненты с разным направлением вращения. Ско­ рость компоненты, которая взаимодействует со спиновыми волнами, изменяется в зависимости от величины магнит­ ного поля, скорость другой компоненты от магнитного поля зависит очень слабо. В результате между обеими цирку­ лярно поляризованными компонентами возникнет опреде­ ленный сдвиг фаз, что эквивалентно повороту плоскости поляризации результирующей линейно поляризованной волны на выходе из кристалла. Поскольку сдвиг фаз между циркулярно поляризованными компонентами на единицу длины равен q+— q~, то для удельного вращения плоскости поляризации <р=1/2 (q+— q~), согласно (4. 45), получаем

(4. 62)

где

325

для кубического и гексагонального кристалла соответ­ ственно. (При выводе (4. 62) рассматривалась область вдали от магнитоупругого резонанса и не учитывалась об­ менная дисперсия спиновых волн, поскольку при обычно используемых частотах ею можно пренебречь).

Если регистрация упругой волны по выходе из кри­ сталла производится с помощью пьезопреобразователя, регистрирующего линейно поляризованные волны с опре­ деленным направлением поляризации, то сигнал па выходе такого преобразователя при изменении магнит­ ного поля должен осциллировать по закону cos (cpZ), где I — путь, пройденный упругой волной в кристалле. Рас­ стояние между соседними максимумом и минимумом сигнала соответствует изменению f l на тг/2.

Описанное явление представляет собой акустический . эффект Фарадея, аналогичный одноименному эффекту в оптике, причем входной и выходной пьезопреобразова­ тели играют роль соответственно поляризатора и анали­ затора.

Экспериментально акустический эффект Фарадея на­ блюдался в феррите-гранате’ иттрия [22—24] и в неко­ торых других ферритах-гранатах [25]. На рис. 4. 12 показаны результаты измерения эффекта Фарадея для феррита-граната иттрия [24]. Для возбуждения и ре­ гистрации линейно поляризоваипых поперечных волн использовался один и тот же пьезопреобразователь, при­ клеенный к одному из торцов образца. Упругие волны с частотой 820 Мгц возбуждались в виде короткого им­ пульса, который, распространяясь по образцу и' много­ кратно отражаясь от его торцов, приводил к появлению целой серии эхо-импульсов на приемном пьезопреобразо­ вателе. Каждый последующий эхо-импульс в серии про­ ходит по кристаллу путь на 2L больший, чем предыдущий эхо-импульс (L — длина кристалла). На рис. 4. 12 при­ ведена зависимость амплитуды второго, четвертого и шестнадцатого эхо-импульсов от величины внешнего маг­ нитного поля. Поскольку поворот плоскости поляризации пропорционален длине пути, который упругая волна проходитв кристалле, то осцилляции амплитуды в зависимости от магнитного поля для четвертого эхо-импульса должны происходить в 2 раза чаще, чем для второго, а для шест­ надцатого эхощмпульса — в 4 раза чаще, чем для четвер­ того. В соответствии с формулой (4. 62) осцилляции

326

становятся более быстрыми при приближении к магнитоупругому резонансу. В области резонанса они исчезают, поскольку одна из циркулярио поляризованных компо­ нент упругой волны, которая связана со спиновыми вол-

Рис. 4.12. Зависимость амплитуды импуль­ сов поперечных упругих воли от внешнего магнитного поля в феррите-гранате иттрия (акустический эффект Фарадея).

нами, полностью затухает. Осцилляции амплитуды упру­ гих эхо-импульсов наблюдаются ие только в зависимости от магнитного поля, но и при данном магнитном поле в серии эхо-импульсов, поскольку упругие волны в каж­ дом последующем импульсе серии проходят больший путь по кристаллу, и, следовательно, плоскость поляри­ зации их поворачивается на больший^ угол (рис. 4. 13).

327

Для кубических кристаллов акустический эффект Фарадея может наблюдаться и при распространении упру­ гих воли вдоль направления <11Г>. В этом случае, как

Рлс. 4.13. Осциллограмма серии упругих эхо-импульсов при акустическом эффекте Фарадея в феррите-гранате иттрия.

У словия те ж е, что п на рис. 4.12.

гую волну [21], то осцилляции упругих импульсов отсут­ ствуют, в соответствии с приведенным выше объяснением природы акустического эффекта Фарадея. В этом случае наблюдается только магиитоупругий резонанс, причем при данном знаке круговой поляризации упругой волны резонанс существует только при определенном направле­ нии магнитного поля и исчезает, если направление поля изменить на противоположное. Последнее объясняется изменением знака круговой поляризации спиновой волны при изменении направления поля.

Другим примером эффектов, связанных с различием взаимодействия разных компонент смещения в упругой волне со спиновыми волнами, может служить акустиче­ ское двулучепреломление. Рассмотрим случай кубиче-

328

ского кристалла, в котором поперечная упругая волна распространяется вдоль направления [001], а магнитное поле перпендикулярно направлению распространения и направлено вдоль [010]. При этом, как следует из выраже­ ния (4. 50), поперечная волна со смещением вдоль [100] не связана со спиновыми волнами, а для волны со смеще­ нием по [010] такая связь существует. Если преобразо­ ватель возбуждает линейно поляризованную поперечную волну с поляризацией под углом в 45° к направлениям

раллельно магнитному полю. Для первой компоненты, согласно (4. 50), gy= ш/ив, для второй — д2 выражается формулой (4. 52). При распространении по кристаллу между этими компонентами будет возникать сдвиг фаз,

Формула (4. 63) получена при тех же предположениях,

что и (4. 62).

Аналогичный эффект двулучепреломления должен на­ блюдаться и в гексагональных кристаллах при распростра­ нении поперечной волны вдоль гексагональной оси при поле, перпендикулярном направлению распространения. Удельный сдвиг фаз между упругими волнами со смеще­ нием, параллельным и перпендикулярным магнитному полю, в этом случае равен

(2тг+1)/(тс/2), то результирующая волна будет циркулярцо поляризованной, при al=im результирующая волна ли­ нейно поляризована.

Если плоскости поляризации возбуждающего пьезо­ преобразователя (поляризатор) и приемного пьезопреобра-

329