ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, одна из разновидностей электронного магнитного резонанса; проявляется в избирательном поглощении ферромагнетиком энергии электромагнитного поля при частотах, совпадающих с собственными частотами w_o прецессии магнитных моментов электронной системы ферромагнитного образца во внутреннем эффективном магнитном поле Н_Эф. Ф. р. в более узком смысле - возбуждение колебаний типа однородной (во всём объёме образца) прецессии вектора намагниченности J (спиновых волн с волновым вектором k = 0), вызываемое магнитным СВЧ-полем Н , перпендикулярным постоянному намагничивающему полю Но. Однородный Ф. р., как и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), может быть обнаружен методами магнитной радиоспектроскопии. Поскольку магнитная СВЧ-восприимчивость (а следовательно, и поглощение) пропорциональна статической магнитной восприимчивости х₀ = J_S/Н₀, где J_S - намагниченность насыщения ферромагнетика, то при Ф. р. поглощение на неск. порядков больше, чем при ЭПР. Благодаря спонтанной намагниченности ферромагнетика поле Н_ЭФ может существенно отличаться от внешнего поля Но (из-за магнитной анизотропии и размагничивающих эффектов поверхности образца; см. Размагничивающий фактор); обычно Н_эф не =0 даже при Но = - 0 ("естественный" Ф. р.). Осн. характеристики Ф. р.- резонансные частоты, релаксация, форма и ширина линий поглощения, нелинейные эффекты - определяются коллективной многоэлектронной природой ферромагнетизма. Квантовомеханическая теория Ф. р. приводит к тому же выражению для частоты Ф. р. w₀, как и классич. рассмотрение w_o = yH_эф, где у = gм_Б/h - магнитомеханическое отношение, g - фактор спектроскопич. расщепления (Ланде множитель), м_Б - магнетон Бора, h =h/2п - Планка постоянная. Через Н_ЭФчастота соо зависит от формы образца, от ориентации Н₀ относительно осей симметрии кристалла и от темп-ры. Наличие доменной структуры в ферромагнетике усложняет Ф. р., приводя к возможности появления нескольких резонансных пиков.

Обычно имеют дело с неоднородным Ф. р.- возбуждением магнитным СВЧ-полем неоднородных типов коллективных колебаний J_S (спиновых волн с k не = 0), специфичных именно для ферромагнетиков. Существование неск. типов резонансных колебаний, ветвей Ф. р. (спиновых волн с k не = 0), наряду с колебаниями типа однородной прецессии (с k = 0) совершенно меняет характер магнитной релаксации и уши-рения линий поглощения при Ф. р. по сравнению с ЭПР. С квантовомеханиче-ской точки зрения процессы релаксации описываются как рассеяние спиновых волн друг на друге, на тепловых колебаниях (фонолах) и на электронах проводимости (в металлах). Напр., при однородном Ф. р. релаксация проявляется в уширении его линии поглощения на величину dw_о = (дw_о/дH) *dН = = 2/т_о, где т_о - время релаксации, т. е. среднее "время жизни" спиновой волны с k = 0. Ширина линии ДН для различных ферромагнетиков меняется в пределах от 0,1 до 10³ э. Осн. роль в уширении линии играют статические неоднородности: примесные атомы, поры, дислокации, мельчайшие шероховатости на поверхности образца. Наиболее узкая линия (с dН = 0,53 э) наблюдалась в монокристалле соединения Y₃Fe₅O₁₂ - иттриевом феррите со структурой граната. В металлич. ферромагнетиках один из главных механизмов уширения линий Ф. р. связан со скин-эффектом: СВЧ-поле из-за вихревых токов становится неоднородным и поэтому возбуждает широкий спектр спиновых волн. Существенную роль в рассеянии спиновых волн в металлич. ферромагнетиках играет также взаимодействие волн с электронами проводимости. Ширина наиболее узкой линии Ф. р. в металлических ферромагнетиках по порядку величины составляет 10 э.

Нелинейные эффекты Ф. р. определяются связью между однородной прецессией магнитных моментов и неоднородными типами колебаний, к-рые отсутствуют при ЭПР. Из-за указанной связи при увеличении амплитуды напряжённости магнитного поля Н до нек-рой критич. величины Н_кр начинается очень быстрый (экспоненциальный) рост колебаний с определёнными волновыми числами (т. н. нестабильное возбуждение колебаний). Такой пороговый характер нестабильного возбуждения обусловлен тем, что при достижении Н_кр нек-рые из спиновых волн с к не = 0 не успевают получаемую ими (от волн с k = 0) энергию передавать другим спиновым волнам или фононам.

Магнитоупругие взаимодействия в ферромагнетиках (см. Магнитострикция) могут привести к параметрич. возбуждению нестабильных колебаний кристал-лич. решётки (фононов) магнитным СВЧ-полем и обратному эффекту - возбуждению спиновых волн СВЧ-полем упругих напряжений (гиперзвуком). Изучение Ф. р. привело к созданию на его основе многих СВЧ-устройств: вентилей и циркуляторов, генераторов, усилителей, параметрич. преобразователей частоты и ограничителей мощности.

Впервые на резонансный характер поглощения сантиметровых электромагнитных волн ферромагнетиками указал в 1911-13 В. К. Аркадьев.

Лит.: Ферромагнитный резонанс и поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях. Сб., пер. с англ., М., 1952; Ферромагнитный резонанс, М., 1961; Гуревич А. Г., Ферриты на сверхвысоких частотах, М., 1960; его же, Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках, М., 1973; Моносов Я. А., Нелинейный ферромагнитный резонанс, М., 1971; Magnetism, A treatise on modern theory and materials, v. 1, N. Y.- L., 1963.

С. В. Вонсовский.