Спиновые волны

Прецессия магнитных моментов в спиновой волне

Спи́новые во́лны — волны намагниченности в ферро-, антиферро- и ферримагнитных материалах с большими волновыми числами. Впервые были предсказаны Феликсом Блохом для ферромагнетиков в 1930 году[1]. В отличие от магнитостатических волн, при изучении распространения спиновых волн является важным учёт не только магнитостатического, но и обменного взаимодействия. Согласно принципу корпускулярно-волнового дуализма им соответствуют квазичастицы магноны.

Применение

Спиновые волны применяются для создания линий задержек и фильтров СВЧ диапазона. В последнее время большой интерес к спиновым волнам вызван развитием новой области физики конденсированного состояния —магноники, в рамках которой исследователи стремятся создать КМОП-комплиментарные устройства обработки информационного сигнала.

Классическая теория спиновых волн

Спиновые волны рассматриваются как волны намагниченности в непрерывной среде с постоянной намагниченностью. Уравнение движение намагниченности имеет вид:${\displaystyle {\frac {dM}{dt}}=-\gamma {M}\times H_{eff}+R}$, где ${\displaystyle \gamma }$ — магнитомеханическое отношение, ${\displaystyle R}$ — диссипативный член, учитывающий потери энергии, ${\displaystyle H_{eff}}$ — эффективное поле.[2]. В случае бесконечного изотропного ферромагнетика, намагниченного до состояния насыщения постоянным однородным полем ${\displaystyle H_{0}}$ в результате решения уравнения Максвелла в магнитостатическом приближении получается дисперсионное соотношение:${\displaystyle w^{2}=(w_{H}+\eta {k^{2}})(w_{H}+\eta {k^{2}}+w_{M}\sin ^{2}\theta _{k})}$, где ${\displaystyle w_{M}=\gamma 4\pi {M_{0}}}$, а ${\displaystyle \theta _{k}}$ — угол между направлением распространения спиновой волны и постоянной намагниченностью ${\displaystyle M_{0}}$

Квантовая теория спиновых волн

Для неметаллических ферромагнетиков используется модель Гейзенберга, представляющая собой решетку спиновых магнитных моментов, связанных между собой обменным взаимодействием.[3] На этой модели получен квадратичный закон дисперсии ${\displaystyle \epsilon =\hbar \eta k^{2}}$[1].

Примечания

1. Bloch F. Zur Theorie des Ferromagnetismus // Ztschr. fur Phys. 1930. Bd. 61. S. 206.
2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. К теории дисперсии магнитной проницаемости ферромагнитных тел // Ландау Л. Д. Собр. тр. / Под ред. Е. М. Лифшица. М.: Наука, 1969. Т. 1. C. 128.
3. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Наука, 1994.

Литература

1. Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. — М.: Наука, 1967. — 368 с. — 10 000 экз.
2. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. — М.: Физматлит, 1994. — 464 с. — ISBN 5-02-014366-9.

Ссылки

• Спиновые волны — статья из Физической энциклопедии