8.2.2. Ферромагнитный резонанс

Ферромагнитные материалы обнаруживают естественную дисперсию начальной проницаемости; этот эффект был особенно изучен [438] применительно к ферритам. Результаты Радо [285], изображенные на рис. 8.6 и подтвержденные другими авторами [31, 32, 33, 347, 348, 349], указывают на наличие двух резонансов; при этом были предприняты меры с тем, чтобы избежать объемных резонансов [58], при которых в образце возникают стоячие волны. Имеется некоторая неопределенность относительно причины низкочастотного резонанса, который наблюдается в области

Согласно одной концепции [285], указанный резонанс вызван колебанием границ доменов, так как его можно ликвидировать путем использования порошка из частиц, размерами менее смешанного с 70% парафина.

С другой точки зрения [60, 475], резонанс обязан спину электрона; это подтверждается измерениями [276] комплексной проницаемости феррита при внешнем давлении, приложенном параллельно переменному магнитному полю, чтобы помешать смещению границ доменов.

Более высокочастотный резонанс, возникающий на частоте около поданным большого количества экспериментов [43, 258, 260, 261, 283], объясняют спином электрона. Эти спиновые резонансы встречаются в естественном состоянии, так как существует внутреннее поле анизотропии [288], которое представляет силу, стремящуюся удержать вектор намагниченности домена ориентированным вдоль преимущественной кристаллической оси. Такое поле описывается формулой [43]

где первая константа анизотропии; Ни имеет обычно величину порядка

Если феррит находится в поликристаллическом состоянии, то эти внутренние поля изменяются с ориентацией доменов и ширина резонансной кривой увеличивается [244, 265]. Поперечные размагничивающие эффекты могут приводить к тому [187, 188, 189], что некоторые формы образцов проявляют резонанс без приложенного поля. Ориентированный ферроксдюр обладает очень большим полем анизотропии и, следовательно, весьма высокой резонансной частотой [463, 465, 492].

Рис. 8. 6. Типичные кривые резонанса в феррите. Постоянное магнитное поле отсутствует. Действительная и мнимая части начальной магнитной проницаемости изображены соответственно сплошной и пунктирной линиями. (См. [285].)

Еще большие поля могут быть достигнуты при частичном замещении на или при использовании вместо Эксперименты [281] как с так и с в которых доли были соответственно дали ширину линии и -фактор, равный 1,91. Значения намагниченности насыщения, поля анизотропии и резонансной частоты приведены в табл. 8.2.

Гриффитс [148] впервые показал, что произведение проницаемости и диэлектрической постоянной ферромагнитных металлов, измеренное в области сверхвысоких частот, при изменении приложенного магнитного поля попходит через широкий максимум.

После внесения поправок на эффекты размагничивания и другие явления результаты по магнитному резонансу хорошо согласуются с теорией, которая была предметом классического [188, 295] и квантовомеханического [426] рассмотрения. Указанные

Таблица 8.2 Свойства материалов типа ферроксдюр

эксперименты были выполнены на частотах 9,4 и с железом, кобальтом и никелем. Испытываемый образец образовывал одну стенку резонатора; постоянное и высокочастотное магнитные поля были взаимно перпендикулярны и лежали в плоскости поверхности. Указанная техника измерений особенно широко использовалась [1,42] для тонких пленок. Так, исследовались [515] гадолиний [186], никель [363, 364], кобальт [20] и железо [185]. Были широко изучены [47, 191, 477] никелевые сплавы типа супермаллоя из-за их малого поля анизотропии и проведены [184, 324, 392] измерения с пермаллоем в области частот При другом методе измерялась мощность, поглощаемая во взвешенном растворе коллоидальных ферромагнитных частиц, которые предполагались сферическими с размерами, малыми по сравнению с глубиной поверхностного слоя.

Антиферромагнетики состоят из двух подрешеток парамагнитных ионов, которые при низких температурах намагничены в противоположных направлениях за счет обменного взаимодействия. Такие материалы также были изучены [170, 216, 246, 506] применительно к использованию на сверхвысоких частотах.

Магнитный резонанс в ферритах исследовался как теоретически [46], так и экспериментально [132, 237 , 346, 478]. Наложение внешнего поля приводит к смещению собственной линии дисперсии в область более высоких частот с одновременным уменьшением ширины линии. При этом источником потерь в области слабых полей становится спиновый резонанс. Эти потери можно уменьшить [73, 479] путем выбора формы и состава феррита. Измерения таких параметров, как температура Кюри, постоянная анизотропии, -фактор, намагниченность насыщения и ширина линии, были проделаны с различными ферритами [474], включая никелевые [159, 380], никелево-цинковые [150, 194, 431], никелево-кобальтовые [272, 338], марганцевые [151] и никелево-алюминатные [222, 316, 404]. Исследование температурных эффектов в ферритах показывает, что постоянные анизотропии очень малы около точки Кюри, но быстро возрастают с уменьшением температуры.

Измерения [284] на небольших частицах, состоящих из одного домена, показывают, что резонансная частота при увеличении температуры уменьшается, однако -фактор остается постоянным.

Зависимость ширины линии от температуры была исследована как для монокристаллов [137, 537], так и для поликристаллических ферритов [155, 259].

Результаты исследования марганцево-магниевого феррита [365] на частотах указывают, что ширина линии не зависит от частоты, но уменьшается с увеличением температуры. Установлено, что ширина резонансной линии зависит от формы [38] образца, а также от постоянной затухания или времени релаксации [192]; может также сказываться анизотропия [342].

Точный механизм, определяющий ширину линии, до сих пор неясен, однако были предложены [45, 91, 92] различные теории затухания, обусловленного электронным перераспределением, и опубликованы экспериментальные результаты [97, 99, 182]. Были исследованы гранаты, полученные на основе гадолиния [67, 266, 267, 26] и других редкоземельных элементов [304] как в поликристаллическом состоянии [339], так и в монокристаллах [173].

Широко изучены иттриевые гранаты [3, 225, 362, 424], характеризуемые особо узкой кривой магнитного резонанса. Ширина линии поликристаллических материалов сильно зависит [476] от пористости и хорошо согласуется с теоретическими значениями соответственно для плотностей рентгеновских лучей 80, 92 и 98%. Тангенс угла потерь равен 0,002 при для стехиометрических составов, резко возрастая с нехваткой железа. Наблюдается изменение свойства при замещении иттрия хромом [432] и редкоземельными элементами [108], такими, как гадолиний [436] и диспрозиум [435]; замещение 1/6 ионов иттрия гадолинием дало [9] уменьшение намагниченности насыщения на 12% при увеличении ширины линии на 34%. Исключительно узкиелинии получаются в том случае, когда образец имеет вид отполированной монокристаллической сферы [293, 521].

В табл. 8.3 приведены результаты [208] для сфер диаметром в зависимости от размера частиц в полировочном порошке при частоте Наилучший образец имел ширину линии всего соответствующую максимальному значению равному 3380; при изменении частоты до результат не менялся. Значения были соответственно Измерения на частоте выполненные [107] при температуре 4° К, показывают, что ширина линии сильно анизотропна. В направлении [1 0 0] ширина линии составляет в отличие от значений при температурах, соответственно 295 и 65° К.

Время спин-решеточной релаксации при использовании прямоугольных импульсов мощностью и длительностью сек было определено [125] на частоте для монокристаллов в виде сфер диаметром с шириной линии в время релаксации было равно сек. Добротность небольших сфер, используемых в качестве резонаторов, была измерена [520, 524] в области частот полученное значение, равное 3000, хорошо согласуется со значением, выведенным из уравнения (8.8).

Таблица 8.3 Ширина линии монокристалла иттриево-железного граната