РАЗДЕЛ 2
МАГНИТОУПРУГАЯ ПРИРОДА МНОГОДОМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕГКОПЛОСКОСТНЫХ
АНТИФЕРРОМАГНЕТИКОВ
Магнитострикция, сопровождающая намагничивание лекоплоскостных кристаллов
дигалидов группы железа CoCl2 и NiCl2 в полях HЈ10 кЭ и существенно меньших
полей схлопывания спинов подрешеток, в основном связана с процессом перестройки
в магнитном поле многодоменного состояния и перехода кристалла к однородному
(однодоменному) состоянию. Механизмы образования многодоменного равновесного
(или квазиравновесного) состояния в этих, как и во многих других
антиферромагнетиках, остаются не полностью выясненными [8,68]. В этом разделе
будет показано, что в легкоплоскостных дигалидах группы железа образуется
многодоменное состояние, которое имеет магнитоупругую природу, когда
формирование равновесной многодоменности вызвано магнитоупругими
взаимодействиями. Результаты, изложенные в этом разделе, опубликованы в работах
[10,19,21,22,69-74].
2.1. Домены в легкоплоскостных антиферромагнетиках
Согласно данным нейтронографических наблюдений в [9] было показано, что
антиферромагнитное упорядочение в CoCl2, CoBr2, NiCl2 сопровождается разбиением
кристалла на области – антиферромагнитные домены [8,68], которые различаются
между собой направлениями вектора антиферромагнетизма L, направленного в легкой
плоскости. Следует предполагать, что в пределах каждого домена, вектор L
однороден. Как следует из [9], преимущественные значения углов между осями,
задающими направления L, равны 60°, что, казалось бы, отражает ориентацию
векторов L в доменах по направлениям легчайшей их ориентации, связанным с
внутрислоевой кристаллографической анизотропией. Однако, даже по
нейтронографическим данным не следует, что функция распределения направлений L
доменов резко сконцентрирована лишь вблизи этих направлений, а остальные
направления не представлены.
В поле Н, лежащем в легкой плоскости и много меньшем поля схлопывания
подрешеток (Hff), доменная структура преобразуется и происходит переход к
однородному (однодоменному) состоянию с L^Н. При выводе поля, многодоменность,
хотя и не в полной мере, восстанавливается. Объем доменов с ориентацией L,
близкой к перпендикулярной по отношению к ранее вводимому полю, остается
несколько превышающим объемы доменов с другими ориентациями L.
Исследования антиферромагнитного резонанса данных кристаллов [29] показали, что
низкочастотная ветвь антиферромагнитного резонанса в них имеет конечную щель.
Она связана с магнитострикцией и порождаемой ею внутриплоскостной анизотропией,
снимающей пространственное вырождение для направления вектора L, что в итоге и
приводит к возникновению щели для быстрых колебаний L и M в плоскости, здесь M
= s1 + s2. Магнитострикционной щели отвечает эффективное “магнитоупругое” поле.
Его сравнение с обменными полями показывает, что магнитоупругая энергия может
составлять, по порядку величины, проценты от энергии обмена. С учетом значений
упругих констант, для исследуемых кристаллов следует ожидать, что величины
анизотропной магнитострикции, сопровождающей спонтанное понижение симметрии, в
них будут аномально большими. Действительно, было обнаружено [14], что величины
относительной магнитострикции достигают величины 10-4 - 10-3.
При наблюдении низкочастотной ветви антиферромагнитного резонанса, в CoCl2
практически не было обнаружено каких-либо проявлений угловой (от направления Н
в легкой плоскости) зависимости частоты в многодоменном состоянии. Полевую
зависимость низкочастотной ветви антиферромагнитного резонанса в области полей,
в которых по данным магнитострикции происходит переход к однодоменному
состоянию, удается описать в предположении независимости величины
магнитострикционной щели от поля. Это говорит о том, что в многодоменном
состоянии магнитострикция доменов не вызывает взаимного действия доменов. То
есть, домены с разными направлениями магнитострикции сосуществуют, не создавая,
друг на друге упругих напряжений, которые бы изменяли величину щели
низкочастотной ветви антиферромагнитного резонанса.
Многодоменность проявляется также в полевых зависимостях намагниченности
кристаллов [27,63,75-78]. В сильных магнитных полях в однодоменном состоянии
образцы ведут себя, как типично неелевские двухподрешеточные антиферромагнетики
с линейной зависимостью намагниченности от поля. В многодоменном состоянии
наблюдается заметное отклонение от этих зависимостей в сторону некоторого
уменьшения магнитной восприимчивости при Н ® 0 [27], тем не менее, эти данные
не получили достаточно ясного объяснения.
В работах [10,19,21,22,69-74] было показано, что в рассматриваемых кристаллах
система антиферромагнитных доменов является, по своей сути, системой
магнитоупругих антиферромагнитных доменов, которые отличаются друг от друга не
только направлениями L, а и направлениями локальных спонтанных магнитострикций.
В этих роботах, а также в [79-83], обсуждается, что именно упругий аспект
многодоменного состояния отвечает за его существенную обратимость. В этом
разделе будут приведены, как экспериментальные, так и теоретические аргументы,
обосновывающие магнитоупругую природу антиферромагнитных доменов в слоистых
дигалидах группы железа.
Вопросы образования и устойчивости антиферромагнитных доменов обсуждались во
многих работах [8,9,68,84-98]. Формирование многодоменного состояния
антиферромагнетиков при отсутствующем магнитном поле не связано с
магнитостатическими (дипольными по своей природе) полями [2,7]. Потери обменной
энергии в доменных стенках должны бы делать это состояние энергетически
невыгодным.
Домены в антиферром
- Київ+380960830922