Чисто антиферромагнитные спиновые волны ("антимагноны") в тетрагональных магнетиках и способы их возбуждения

Abstract

Теоретически исследованы чисто антиферромагнитные колебания ("антимагноны") в тетрагональных магнетиках с кристаллохимической структурой трирутилов (Fe₂TeO₆ и др.). Такие колебания еще в 1988 году были рассмотрены украинскими физиками, однако не для тетрагональных кристаллов и только в случае антиферромагнитной (АФ) структуры. В настоящей статье наряду с АФ фазами исследована ферромагнитная фаза в той же системе четырех магнитных подрешеток. Рассмотрены способы возбуждения антимагнонов, которые представляют собой четвертый вид спиновых волн (дополнительно к ферромагнонам, квазиферромагнонам и квазиантиферромагнонам). При этом независимо от способа возбуждения (электрическое или магнитное поле, гиперзвук) антимагноны определены как спиновые волны, для которых в колебаниях не принимает участия суммарный локальный ферромагнитный вектор M(r), а только АФ вектор (или векторы) L(r). Рассчитаны не только собственные частоты, но и соответствующие восприимчивости. Указанному материалу предшествует обзор состояния проблемы в целом. Отмечено, что в большинстве случаев рассмотренные эффекты обусловлены динамическим проявлением магнитоэлектрического и антиферроэлектрического взаимодействий, причем даже в магнетиках, в которых отсутствует статический магнитоэлектрический эффект.

Теоретично досліджено чисто антиферомагнітні коливання («антимагнони») в тетрагональних магнетиках з кристалохімічною структурою трирутілів (Fe₂TeO₆ та ін.). Такі коливання ще у 1988 році розглянуто українськими фiзиками, однак не для тетрагональних кристалiв і тільки у випадку антиферомагнітної (АФ) структури. У цій статті поряд з АФ фазами досліджено феромагнітну фазу у тій же системі чотирьох магнітних підграток. Розглянуто засоби збудження антимагнонів, які є четвертим видом спінових хвиль (додатково до феромагнонів, квазіферомагнонів та квазіантиферомагнонів). При цьому незалеж- но від способу збудження (електричне або магнітне поле, гіперзвук) антимагнони визначе- но як спінові хвилі, для котрих у коливаннях не приймає участі сумарний локальний феромагнітний вектор М(r), а тільки АФ вектор (або вектори) L(r). Розраховано не тільки власні частоти, але і відповідні сприйнятливості. Зазначеному матеріалу передує огляд стану проблеми в цілому. Визначено, що у більшості випадків розглянуті ефекти обумовлено динамічною проявою магнітоелектричної та антифероелектричної взаємодій, причому навіть у магнетиках, в яких немає статичного магнітоелектричного ефекту

Purely antiferromagnetic oscillations (antimagnons) in tetragonal magnets with the crystal-chemical structure of the trirutiles (Fe₂TeO₆, etc.) are investigated theoretically. These oscillations were considered by Ukrainian physicists back in 1988, but not for tetragonal crystals and only in the case of an antiferromagnetic (AF) structure. In the present study, besides the AF phases the ferromagnetic phase in the same system of four magnetic sublattices is also considered. Ways of exciting the antimagnons, which are a fourth form of spin waves (in addition to the ferromagnons, quasiferromagnons, and quasiantiferromagnons), are also discussed. Independently of the means of excitation (electric or magnetic field, hypersound), antimagnons are defined as spin waves for which the total local ferromagnetic vector M(r) does not take part in the oscillations, but only the AF vector (or vectors) L(r). The eigenfrequencies and the corresponding susceptibilities are calculated. The presentation of this material is prefaced by a review of the status of the problem on the whole. It is noted that in the majority of cases the effects under consideration arise as a dynamic manifestation of the magnetoelectric and antiferroelectric interactions, even in magnets for which the static magnetoelectric effect is absent.