Температурная зависимость спектров элементарных возбуждений анизотропного S = 1 ферромагнетика

Abstract

Исследована динамика легкоплоскостного ферромагнетика со спином S = 1 при конечных температурах и с учетом немалого квантового сокращения спина. Показано, что в рассматриваемом случае в системе, помимо известных двух мод — стандартной поперечной и продольной, возникает дополнительная ветвь возбуждений, наличие которой связано с ненулевой вероятностью переходов между возбужденными уровнями магнитного иона при конечных температурах. Проявления этой моды при низких температурах в значительной мере подавлены, поскольку заселенность возбужденного энергетического уровня экспоненциально убывает с понижением температуры. Однако при конечных значениях температуры, более низких, чем температура Кюри ТС, но сравнимых со значением обменного интеграла J, эта мода дает немалый вклад в поглощение энергии и обладает существенной дисперсией.

Досліджено динаміку легкоплощинного феромагнетика із спіном S = 1 при кінцевих температурах і з урахуванням чималого квантового скорочення спіна. Показано, що в даному випадку в системі, окрім відомих двох мод — стандартної поперечної та поздовжньої, виникає додаткова гілка збуджень, наявність якої пов'язана з ненульовою вірогідністю переходів між збудженими рівнями магнітного іона при кінцевих температурах. Прояви цієї моди при низьких температурах значною мірою пригнічені, оскільки заселеність збудженого енергетичного рівня експоненціально убуває з пониженням температури. Проте при кінцевих значеннях температури, нижчих, ніж температура Кюрі TC, але порівнянних зі значенням обмінного інтеграла J, ця мода дає чималий вклад в поглинання енергії і має істотну дисперсію.

The dynamics of an easy-plane S = 1 ferromagnetic was investigated at finite temperatures taking into account the considerable quantum reduction of the spin. It is shown that in the case considered, in addition to the two known modes, standard transverse and longitudinal, a new branch appears due to the nonzero probability of transitions of a magnetic ion between the excited energy levels at finite temperatures. This mode is highly suppressed at low temperatures, because the population of the excited energy level decreases exponentially with decreasing temperature. However, when the finite temperature is lower than the Curie temperature TC, but is comparable with the energy of the exchange integral J, this mode contributes considerably to the energy consumption and exhibits high dispersion.