Материал: Гуревич, А. Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

§ 7.2] М А Г Н И Т О С Т А Т И Ч Е С К И Е В О Л Н Ы В П Л А С Т И Н А Х И С Т Е Р Ж Н Я Х

349

возбудившим магнитостатическую волну, позволяет найти .время запаздывания сигнала х).

Если параметры среды можно считать постоянными во всем образце, то время запаздывания первого задержанного импульса 2)1

Ti = L/vcр,

(7.2.50)

где L — путь, проходимый волной, например, длина стержня Z, когда возбуждение и прием производятся на противоположных его торцах, или 21, если возбуждение и прием производятся на одном и том же торце с отраже­ нием волны от противопо­ ложного торца.

Однако если образец не является эллипсоидом (например, представляет собой стержень или диск с конечным отношением раз­ меров), то внутреннее по­

стоянное полеіГіо не будет

а)

б)

однородным

при

од­

Рис. 7.2.ІІ. Схемы экспериментов

по fBOsöywne-

нородном внешнем

поле.

ншо магнитостатических волн в диске (а) и стер­

Параметры среды ц и ц0

жне (б).

 

будут являться

теперь

 

 

функциями координат.Строгое рассмотрение магнитостатических волн в таких образцах представляет, конечно, очень большие трудности. В первом приближении можно пренебречь изменением параметров в поперечном направлении (по сечению стержня или по высоте диска), а изменение в направлении распространения счи­

тать

медленным 3). Тогда время

запаздывания

 

L

 

 

 

(7.2.51)

Зная

распределение внутреннего

поля Н і0 (£), можно найти

1>гр (Но, со,£) и определить тх (Н0, со). Результат такого вычисления и сравнение его с экспериментом для случая продольно наматни-

1) Может быть измерено и ослабление сигнала, которое определяется затуханием волны при ее распространении и потерями энергии при возбуж­ дении и при «приеме».

2) В результате многократных отражений от поверхностей стержня или

диска образуется последовательность («цуг») импульсов с временами за­ держки Тр = т!+ (р — 1)21/ѵгр (р = і, 2, 3, ...).

8) Это предположение делается в геометрической оптике (см., например, [43]) или при рассмотрении волновых процессов методом ВКБ (Вентцеля — Крамерса — Бриллюэна) [38].

350

М А Г Н И Т О С Т А Т И Ч Е С К И Е К О Л Е Б А Н И Я И В О Л Н Ы

[ Г Л . 7

ченного стержня приведены на рис. 7.2.12. Обращает на себя внимание очень резкая зависимость %х (H Q), которая возникает при таких Н 0, когда в образце появляется область с ѵгр-»-0 (т. е.

сЯ |0-»- ш/т).

Взаключение остановимся кратко на вопросе озатухании магни­ тостатических волн вследствие диссипации в ферромагнитной сре­ де х). Учет диссипации не связан с принципиальными трудностя­ ми — необходимо лишь вместо выражений (1.2.34) и (1.2.35) для параметров среды принять комплексные выражения, например,

Рис. 7.2.12. Результаты исследования магнитостатических волн в продольно намагни­ ченном стержне из итгрий-железного граната [222]. а — размеры стержня (в милли­ метрах) и распределение внутреннего постоянного магнитного ноля на оси; б — осцилло­ граммы принятых задержанных импульсов (возбуждение и прием — см. рис. 7.2.И, б — производились на одном и том же торце стержня); в — зависимость времени задержки от внешнего постоянного поля; кривая рассчитана по формуле (7.2.51) с учетом (7.2.48)

при тех же параметрах, что и на рис. 7.2.10.

являющиеся следствием (1.3.19) и (1.3.20). В результате уравне­ ния, например, (7.2.6), (7.2.23) или (7.2.36), определяющие спект­ ры магнитостатических волн, станут комплексными. При вещест­ венной частоте со (т. е. для стационарных волн) эти уравнения бу­

дут удовлетворяться при комплексных к^ = к'і — ik^. Здесь k^ (£ — координата в направлении распространения) представляет собой волновое число, определяющее, в частности, групповую

скорость угр — да/дк^, а к^ — коэффициент затухания волны.

г) Влияние диссипации будет рассмотрено более подробно в следующей главе для случая волн в неограниченной среде, но с учетом неоднородного обменного взаимодействия.

§ 7.3]

Н Е О Д Н О Р О Д Н Ы Е М А Г Н И Т О С Т А Т И Ч Е С К И Е К О Л Е Б А Н И Я

351

§7.3. Неоднородные магнитостатические колебания

Перейдем теперь к изучению, по-прежнему в магнитостатиче­ ском безобмеином приближении, колебаний намагниченности в ограниченных телах. Один из типов таких колебаний — однород­ ная прецессия намагниченности малого эллипсоида — был рас­ смотрен в § 1.4. Однако из наличия бегущих магнитостатических волн в неограниченных системах (§§ 7.1 и 7.2) следует, что в огра­ ниченных телах должны существовать и неоднородные магнито­ статические колебания. Такие колебания возникали еще, как впоследствии стало ясно, в ранних опытах по ферромагнитному резонансу и проявлялись в дополнительных максимумах, на­ кладывающихся на основную резонансную кривую (см. [114]). Уайт и Солт [199], применив неоднородное возбуждающее поле, отчетливо разрешили эти дополнительные максимумы и объясни­ ли их возбуждением неоднородных типов колебаний намагничен­ ности. Теорию таких колебаний для случая ферромагнитного эл­ липсоида вращения (сфероида) разработал Уокер [200] (см. также [201, 240]). Ниже мы познакомимся с этой теорией, но сначала рассмотрим на более простых примерах некоторые характерные черты неоднородных магнитостатических колебаний.

Рассматриваемая задача аналогична исследованной в § 6.3 за­ даче о колебаниях резонатора с гиротропной средой. В отличие от § 6.3, мы теперь ограничимся магнитостатическим приближением, но зато учтем конкретный вид компонент тензора магнитной прони­ цаемости. Для простоты будем сначала иметь дело с изотропным (в отсутствие внешнего поля) ферромагнетиком и пренебрежем

диссипацией, т. е. примем для компонент тензора полдеровские выражения (1.2.34) и (1.2.35).

Как уже отмечалось (§§ 6.1 и 7.2), для гиротропных сред класс граничных задач, которые решаются аналитически, существенно ограничивается тем обстоятельством, что зависимость потенциалов и полей от одной из поперечных координат должна быть экспонен­ циальной. Вследствие этого ограничения задачи о магнитостати­ ческих колебаниях могут быть строго решены только для тел вра­ щения относительно оси z (совпадающей с направлением постоян­ ного намагничения). К таким телам принадлежит сфероид, для которого задача о магнитостатических колебаниях была решена Уокером. Мы остановимся сначала на случае кругового цилиндра.

Цилиндр между металлическими плоскостями. Задача о магни­ тостатических колебаниях кругового цилиндра конечной длины, намагниченного в направлении его оси, может быть просто реше­ на при двух условиях. Во-первых, цилиндр, как показано на рис. 7.3.1, должен быть расположен между двумя бесконечными металлическими плоскостями (z = 0 и z = I). Во-вторых, внут­ реннее постоянное магнитное поле в цилиндре должно быть одно-

352

М А Г Н И Т О С Т А Т И Ч Е С К И Е К О Л Е Б А Н И Я И В О Л Н Ы

[ Г Л . 7

родію :). При выполнении этих условий исследуемый резонатор является волноводным резонатором (см. § 6.3), образованным из волновода — продольно намагниченного стержня, магнитостати­ ческие волны в котором были рассмотрены в § 7.2. Как было пока­ зано в § 6.3, собственные частоты волноводного резонатора могут быть определены, исходя из частотной зависимости постоянной рас­ пространения, по формулам (6.3.36) или (6.3.39) при условии, что распределение поля в волноводе взаимно. Это условие выполняет­ ся для объемных магнитостатических волч в стержпе и, конечно, не выполняется для поверхностных, которые являются однона­

правленными. Для объемных волн постоянная распространения также взаимна, и собственные частоты могут быть определены из выражения (6.3.36).

Зависимость kz ((o) для продольно намагниченного стержня определя­ ется уравнением (7.2.36), где Х тп (со) для стержня с металлическим покры­ тием представляет собой корень урав­ нения (7.2.34'), а для стержня без покрытия — корень уравнения, кото­ рое получится из (7.2.44), если обоз-

Рис.

7.3.1. Продольно намагничен­

начить в нем kzR j Y —Ц = Х тп. Под.

ный

цилиндр между металлически­

 

ми плоскостями.

ставляя, согласно (6.3.36), кг (со)—лр/1

 

 

в

(7.2.36), получим

трансцендентное

уравнение для определения собственных частот:

 

 

со- «я +

 

і\Х

(7.3.1)

 

1 +

1Ір

 

 

(m)j

 

 

Решениями уравнения

(7.3.1) будут дискретные частоты comnp;

индексы т, п и р характеризуют тип колебаний. Как видно из (7.3.1), частоты com Jip зависят только от отношения размеров R и І, т. е. от формы образца. Этого, конечно, и следовало ожидать, поскольку уравнения магнитостатики не содержат параметра с размерностью длины.

Если т = 0 (аксиально-симметричные типы колебаний), то,

как было показано в §

7.2, величины Х0„ не зависят от со и пред­

ставляют собой корни

функции Бесселя / х (£). В этом случае

(как и при

р — 0) уравнение (7.3.1) дает в явном виде частоты

колебаний.

Они могут

быть записаны явно также в предельном

а)Это условие, конечно, не выполняется при помещении цилиндра в однородное внешнее поле.

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/155615