РАЗДЕЛ 2
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В АНТИФЕРРОМАГНЕТИКАХ С ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ДЗЯЛОШИНСКОГО НЕИНВАРИАТНЫМ ОТНОСИТЕЛЬНО ПОВОРОТА МАГНИТНОЙ ПОДСИСТЕМЫ ВОКРУГ ЛЕГКОЙ ОСИ
Во втором разделе в условиях одноосного давления было рассмотрено поведение магнитной подсистемы фторида марганца , который является легкоосным тетрагональным антиферромагнетиком. Характерной особенностью этого кристалла является то, что он обладает полем Дзялошинского (если оно все-таки существует в этом кристалле), которое значительно меньше поля анизотропии.
2.1. Влияние давления на состояние магнитной подсистемы антиферромагнетиков
Изучению влияния давления на физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов уделяется большое внимание [50-65].
Влияние одноосного давления при определенном его направлении в кристалле на ориентационные фазовые переходы в магнетиках было обнаружено Дикштейном И.Е., Тарасенко В.В. и Шавровым В.Г. [66] в связи с изучением в области фазовых переходов явления магнитоакустического резонанса, открытого Ахиезером А. И., Барьяхтаром В.Г. и Пелетминским С.В. [20].
Обратим внимание на влияние магнитострикции и давления на переходы порядок-порядок, в которых инверсия обменного взаимодействия не имеет места.
Относительно малая величина области существования метастабильных состояний и чрезвычайно малая величина критического угла с учетом того, что эти величины легко определяются на эксперименте (благодаря крайне резкому изменению возникающих физических особенностей), оказались очень удобными для определения влияния магнитострикции на спин-флоп переход. Экспериментальное обнаружение в поле особенностей поглощения продольного звука, которое показало, что в антиферромагнетике критический угол существенно больше, чем в легкоосном антиферромагнетике , несмотря на то, что для отношение значительно меньше, чем для [67]. Это противоречие можно объяснить нарушением постоянства направлений осей кристалла [68].
Для выяснения влияния обменной магнитострикции на характер ориентационных переходов воспользуемся гамильтонианом в виде:
, (2.1)
где - магнитная, - магнитоупругая и - упругая части определяются формулами:
,
,
.
Добавляя к упругой части гамильтониана (2.1) слагаемое и полагая (то есть учитывая равномерное всестороннее сжатие), определим значения .
Для этого минимизируем гамильтониан (2.1) относительно :
. (2.2)
Подставляя найденные значения в (2.1), запишем обменную магнитоупругую часть гамильтониана в виде
. (2.3)
Из выражения (2.3) легко определить, что заметное влияние в данном случае на ориентацию подрешеток могут оказывать только чрезвычайно сильные давления, которые в дальнейшем учитывать не будем.
Используя (2.2), (2.3), находим из уравнений
и , (2.4)
следующее уравнение относительно угла , определяющего ориентацию вектора антиферромагнетизма
,
где
, ,
. (2.5)
Обратим внимание на следующее обстоятельство.
Поскольку обычно , , то при (если даже ) выполняется условие
, (2.6)
то есть в этом случае учет обменной магнитострикции приводит к незначительной перенормировке обменной константы в выражении (2.5).
Однако имеются антиферромагнетики, для которых магнитоупругая константа . Например, для кристалла ; для кристалла ; а для кристалла . В этих случаях условие (2.6) может не выполняться и имеет место не только существенная перенормировка обменной константы, но и существенное влияние обменной магнитострикции на характер ориентационных переходов. В случае спин-флоп перехода, используя уравнение (2.4) можно определить выражение для интервала полей , в котором возможно существование метастабильных состояний при ЕМА
, (2.7)
и выражение для величины критического угла:
При может выполняться не только условие но и условие .
Это обстоятельство с учетом работы [49] и позволило считать целесообразным использование одноосного давления при изучении фазовых переходов в легкоосных тетрагональных антиферромагнетиках типа MnF2.
2.2. Фазовые переходы при одноосном давлении во фториде марганца в магнитном поле, параллельном легкой оси
Среди антиферромагнетиков можно выделить группу со сверхслабым ферромагнетизмом (, где поле Дзялошинского, поле магнитной анизотропии). Исключительная малость в них может быть обусловлена близостью температуры к точке, в которой или же малым отличием друг от друга конфигураций распределения плотности магнитных электронов в узлах одной и другой магнитных подрешеток. Последнее может иметь место в антиферромагнетиках, в которых основным состоянием магнитных ионов является S- состояние, мало чувствительное к влиянию локального кристаллического поля.
Классическим примером такого антиферромагнетика является фторид марганца. MnF2 представляет собой двухподрешеточный антиферромагнетик, обладающий симметрией типа ЕМА. Температура Нееля характерная для MnF2 - 68 К; кристаллографическая структура - тетрагональная; группа симметрии - (рис. 2.1).
Для описания магнитного состояния двухподрешеточного антиферромагнетика вместо и удобно использовать вектор антиферромагнетизма и вектор суммарной намагниченности .
При выводе уравнений, описывающих состояние магнитной подсистемы легкоосных антиферромагнетиков, в работах [12-19] будем принимать, что при своих колебан