Файл: Физика магнитных диэлектриков..pdf

Экспериментально магиитоупругие волны возбужда­ ются обычно в виде коротких импульсов, при этом им­ пульсы магнитоупругих волн, зарегистрированные прием­ ным устройством, должны быть задержаны во времени по отношению к возбуждающему электромагнитному им­ пульсу. Для рассмотренного выше механизма распро­

к точке zx и вновь превращается в спиновую волну, кото­ рая, дойдя до точки z0, преобразуется в электромагнит­ ную волну, регистрируемую приемным устройством. Пол­ ное время задержки сигнала будет при этом равно

, где ѵт— групповая ско-

рость спиновых волн, равная vm—d ^ ld q m=2'{Dqm.

Если считать, что градиент магнитного поля Н ' постоя­ нен в области от zx до z0, то

ного поля, что должно приводить к зависимости от маг­ нитного поля и времени задержки. При малых полях точки z0 и zx находятся в средней части образца, где гра­ диент магнитного поля мал и соответственно велико время задержки. При увеличении поля z0 и zx увеличиваются, смещаясь к торцу образца в область больших градиентов, что приводит к уменьшению времени задержки. Физи­ чески такая зависимость времени задержки от поля объяс­ няется тем, что основной вклад в задержку сигнала вно­ сит спиновая волна, поскольку скорость ее при обычно используемых частотах примерно на два порядка меньше,

336

чем скорость упругой волны. При уменьшении градиента магнитного поля увеличивается путь zx—z0, который волна проходит как спиновая, и поэтому увеличивается время задержки. По этой же причине время задержки зависит и от частоты при данном магнитном поле, так как изменение частоты при неизменном поле изменяет положе­ ние точек z0 и zx в образце.

Эксперименты по возбуждению магиитоупругих волн в неоднородном магнитном поле проводятся примерно таким же образом, как эксперименты с упругими вол­ нами (см. блок-схему на рис. 4.4). Различия заключаются в том, что образец должен иметь форму цилиндра или параллелепипеда для получения неоднородного внутрен­ него магнитного поля, а вместо пьезопреобразователя ис­ пользуется петля из тонкой проволоки, закорачивающая центральную жилу коаксиального кабеля и расположен­ ная вблизи торца образца так, что магнитное поле СВЧ перпендикулярно статическому магнитному полю (вместо петли может быть использован резонатор, в пучность магнитного поля которого помещается торец образца). Так же, как и в случае упругих волн, эксперименты могут проводиться в режиме «на проход», когда петля, распо­ ложенная у одного торца образца, используется для воз­ буждения магнитоупругих волн, а другая петля у противо­ положного торца — для их регистрации, и в режиме «на отражение», когда одна и та же петля используется и для возбуждения, и для регистрации магнитоупругих волн.

Экспериментальные исследования возбуждения и рас­ пространения магнитоупругих волн в неоднородном маг­ нитном поле проводились, главным обра'зом, в кристаллах феррита-граната иттрия [34—37]. В основном результаты этих исследований подтверждают механизм возбуждения и распространения магнитоупругих волн, предложенный ПІлеманом.

На рис. 4.17 показаны типичные зависимости времени задержки магиитоупругих импульсов от внешнего магнит­ ного поля для аксиально намагниченного цилиндрического образца феррита-граната иттрия [34]. Ось цилиндра сов­ падала с направлением <(111)>. Магнитоупругие импульсы регистрировались в режиме «на отражение». Зависимость

.времени задержки от магнитного поля в таких экспери­ ментах удовлетворительно описывается выражением (4.69).

Измерения зависимости амплитуды магнитоупругих импульсов от магнитного поля позволяют определить

Рис. 4.17. Типичные кривые полевых зависимо­ стей времени задержки т (в мксек.) магиитоупругих импульсов в феррите-гранате иттрия. 300° К.

22.5° с направлением </100)>. В этом случае, как было показано выше, существует связь спиновых воли с про­ дольными упругими волнами, причем величина связи такова, что критический градиент поля оказывается достаточно малым. В результате при смещении точки пере­ сечения ъ-у из средней части образца к его торцу отноше­ ние Н' І\Н’\ изменялось примерно от 1 до 0.1, что позво­ лило исследовать случаи как сильной, так и слабой маг­ нитоупругой связи. Экспериментальная зависимость на рис. 4.18 согласуется с формулой (4. 67).

В случае произвольной ориентации образца со спино­ выми волнами связаны и продольные, и поперечные упругие волны, и зависимость q2 от z имеет вид, показан­ ный на рис. 4.19. В этом случае возникают две точки пересечения: zx для продольных волн и z2 для поперечных. Возбужденная в точке z0 спиновая волна, распространяясь

338

к торцу образца, попадает сначала в точку z1} где она пре­ образуется в продольную упругую волну. Если коэффи­ циент преобразования т] <С '1, что имеет место при \Іі'\ > # ' р, то справа от точки z1 в кристалле будут рас­ пространяться как продольная упругая, так и спиновая волны. Спиновая волна, достигнув точки пересечения z2, практически целиком превратится в поперечную упругую волну, так как для поперечных волн \Н'\ <[ Н' . Про-

Рис. 4.18. Зависимость коэффициента взаимного

ния«. Продольные магнито-упругие волны распростра­ няются в аксиально намагниченном образце под углом 22.5° к направлению <100>. Частота 1500 Мгц, темпера­ тура 300°К.

дольные и поперечные упругие волны, отразившись от

в электромагнитный сигнал.

Таким образом, в образце произвольной ориентации возможно одновременное наблюдение продольных и по­ перечных магнитоупругих волн, импульсы которых раз­ делены во времени [37].

Импульсы магнитоупругих воли наблюдаются и при работе в режиме «на проход». Поскольку распределение внутреннего магнитного поля в образце симметрично относительно его центра (рис. 4.16), то точки поворота и пересечения имеются как в правой, так и в левой части образца (рис. 4.20). Магнитоупругие волны, возбужден^ ные в правой части образца, могут попасть в левую егос часть, только перейдя с нижней ветви спектра на верхнюю.

22* 339