Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C
Проведены ультразвуковые исследования монокристалла гадолиниевого борокарбида. Обнаружены высокая чувствительность акустических характеристик к магнитным фазовым превращениям, обусловленная взаимодействием звуковых волн с антиферромагнитной доменной структурой, и имеющая ту же природу акустическая «...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7718 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C / Г.А. Звягина, И.Е. Чупис, В.Д. Филь, К. Р. Жеков, Ю.А. Авраменко, Sung-Ik Lee // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 11. — С. 1253-1259. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-7718 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-77182017-05-21T16:02:35Z Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C Звягина, Г.А. Чупис, И.Е. Филь, В.Д. Жеков, К.Р. Авраменко, Ю.А. Lee, Sung-Ik Проведены ультразвуковые исследования монокристалла гадолиниевого борокарбида. Обнаружены высокая чувствительность акустических характеристик к магнитным фазовым превращениям, обусловленная взаимодействием звуковых волн с антиферромагнитной доменной структурой, и имеющая ту же природу акустическая «невзаимность». Приведены аргументы в пользу существования в GdNi₂B₂C слабого ферромагнетизма. Проведено ультразвукові дослідження монокристалa гадолінієвого борокарбіда. Виявлено високу чутливість акустичних характеристик до магнітних фазових перетворень, що обумовлена взаємодією звукових хвиль з антиферомагнітною доменною структурою, та акустичну «невзаємність», яка має таку ж саму природу. Наведено аргументи на користь існування в GdNi₂B₂C слабкого феромагнетизму. The ultrasonic researches of single crystal gadolinium borocarbide has been carried out. It is found that the acoustic characteristics are very sensitive to magnetic phase transformations, due to the interaction of sound waves with the antiferromagnetic domain structure. An acoustic «nonreciprocity » with the same nature has been also discovered. Arguments in favor of the existence of weak ferromagnetism in GdNi₂B₂C are adduced. 2007 Article Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C / Г.А. Звягина, И.Е. Чупис, В.Д. Филь, К. Р. Жеков, Ю.А. Авраменко, Sung-Ik Lee // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 11. — С. 1253-1259. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 72.55.+s; 74.25.Ld http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7718 ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Проведены ультразвуковые исследования монокристалла гадолиниевого борокарбида. Обнаружены высокая чувствительность акустических характеристик к магнитным фазовым превращениям, обусловленная взаимодействием звуковых волн с антиферромагнитной доменной структурой, и имеющая ту же природу акустическая «невзаимность». Приведены аргументы в пользу существования в GdNi₂B₂C слабого ферромагнетизма. |
| format |
Article |
| author |
Звягина, Г.А. Чупис, И.Е. Филь, В.Д. Жеков, К.Р. Авраменко, Ю.А. Lee, Sung-Ik |
| spellingShingle |
Звягина, Г.А. Чупис, И.Е. Филь, В.Д. Жеков, К.Р. Авраменко, Ю.А. Lee, Sung-Ik Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C |
| author_facet |
Звягина, Г.А. Чупис, И.Е. Филь, В.Д. Жеков, К.Р. Авраменко, Ю.А. Lee, Sung-Ik |
| author_sort |
Звягина, Г.А. |
| title |
Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C |
| title_short |
Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C |
| title_full |
Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C |
| title_fullStr |
Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C |
| title_full_unstemmed |
Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C |
| title_sort |
магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в gdni₂b₂c |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7718 |
| citation_txt |
Магнитоупругое взаимодействие и акустическая невзаимность в GdNi₂B₂C / Г.А. Звягина, И.Е. Чупис, В.Д. Филь, К. Р. Жеков, Ю.А. Авраменко, Sung-Ik Lee // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 11. — С. 1253-1259. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT zvâginaga magnitouprugoevzaimodejstvieiakustičeskaânevzaimnostʹvgdni2b2c AT čupisie magnitouprugoevzaimodejstvieiakustičeskaânevzaimnostʹvgdni2b2c AT filʹvd magnitouprugoevzaimodejstvieiakustičeskaânevzaimnostʹvgdni2b2c AT žekovkr magnitouprugoevzaimodejstvieiakustičeskaânevzaimnostʹvgdni2b2c AT avramenkoûa magnitouprugoevzaimodejstvieiakustičeskaânevzaimnostʹvgdni2b2c AT leesungik magnitouprugoevzaimodejstvieiakustičeskaânevzaimnostʹvgdni2b2c |
| first_indexed |
2025-07-02T10:29:50Z |
| last_indexed |
2025-07-02T10:29:50Z |
| _version_ |
1836530732403523584 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11, ñ. 1253–1259
Ìàãíèòîóïðóãîå âçàèìîäåéñòâèå è àêóñòè÷åñêàÿ
íåâçàèìíîñòü â GdNi2B2C
Ã.À. Çâÿãèíà, È.Å. ×óïèñ, Â.Ä. Ôèëü, Ê. Ð. Æåêîâ, Þ.À. Àâðàìåíêî
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: fil@ilt.kharkov.ua
Sung-Ik Lee
Department of Physics, Pohang University of Science and Technology, Pohang 790-784, Korea
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 11 ìàÿ 2007 ã.
Ïðîâåäåíû óëüòðàçâóêîâûå èññëåäîâàíèÿ ìîíîêðèñòàëëà ãàäîëèíèåâîãî áîðîêàðáèäà. Îáíàðóæå-
íû âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü àêóñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ê ìàãíèòíûì ôàçîâûì ïðåâðàùåíèÿì,
îáóñëîâëåííàÿ âçàèìîäåéñòâèåì çâóêîâûõ âîëí ñ àíòèôåððîìàãíèòíîé äîìåííîé ñòðóêòóðîé, è èìå-
þùàÿ òó æå ïðèðîäó àêóñòè÷åñêàÿ «íåâçàèìíîñòü». Ïðèâåäåíû àðãóìåíòû â ïîëüçó ñóùåñòâîâàíèÿ â
GdNi2B2C ñëàáîãî ôåððîìàãíåòèçìà.
Ïðîâåäåíî óëüòðàçâóêîâ³ äîñë³äæåííÿ ìîíîêðèñòàëa ãàäîë³í³ºâîãî áîðîêàðá³äà. Âèÿâëåíî âèñîêó
÷óòëèâ³ñòü àêóñòè÷íèõ õàðàêòåðèñòèê äî ìàãí³òíèõ ôàçîâèõ ïåðåòâîðåíü, ùî îáóìîâëåíà âçàºìî䳺þ
çâóêîâèõ õâèëü ç àíòèôåðîìàãí³òíîþ äîìåííîþ ñòðóêòóðîþ, òà àêóñòè÷íó «íåâçàºìí³ñòü», ÿêà ìàº
òàêó æ ñàìó ïðèðîäó. Íàâåäåíî àðãóìåíòè íà êîðèñòü ³ñíóâàííÿ â GdNi2B2C ñëàáêîãî ôåðîìàãíåòèçìó.
PACS: 72.55.+s Ìàãíèòîàêóñòè÷åñêèå ýôôåêòû;
74.25.Ld Ìåõàíè÷åñêèå è àêóñòè÷åñêèå ñâîéñòâà, óïpóãîñòü è çàòóõàíèå óëüòpàçâóêà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñêîðîñòü è çàòóõàíèå çâóêà, ìàãíèòîóïðóãîå âçàèìîäåéñòâèå, àíòèôåððîìàãíèòíàÿ
äîìåííàÿ ñòðóêòóðà.
Ðåäêîçåìåëüíûå áîðîêàðáèäû ïðèâëåêàþò çíà÷è-
òåëüíîå âíèìàíèå áëàãîäàðÿ áîëüøîìó ðàçíîîáðàçèþ
ðåàëèçóþùèõñÿ â íèõ ôèçè÷åñêèõ ýôôåêòîâ, ïðåä-
ñòàâëÿþùèõ èíòåðåñ äëÿ ñîâðåìåííîé íèçêîòåìïåðà-
òóðíîé ôèçèêè òâåðäîãî òåëà [1]. Áóäó÷è ìåòàëëàìè,
ðÿä ñîåäèíåíèé äåìîíñòðèðóåò ñîñóùåñòâîâàíèå
ñâåðõïðîâîäÿùåãî è ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèé (â òîì
÷èñëå è ñëàáîãî ôåððîìàãíåòèçìà) ñî ñðàâíèìûìè
êðèòè÷åñêèìè òåìïåðàòóðàìè. Ìàãíèòîóïîðÿäî÷åí-
íûå ôàçû, ôîðìèðóåìûå â ïåðâóþ î÷åðåäü êîñâåííûì
ÐÊÊÈ âçàèìîäåéñòâèåì, ïðåäñòàâëåíû, êàê ïðàâèëî,
íåñîðàçìåðíûìè ìîäóëèðîâàííûìè ñòðóêòóðàìè îá-
ìåííîé ïðèðîäû. Ó áîëüøèíñòâà ñîåäèíåíèé íèçêî-
òåìïåðàòóðíûå ôàçîâûå H–T-äèàãðàììû (Í — ìàã-
íèòíîå ïîëå, Ò — òåìïåðàòóðà) áëàãîäàðÿ êàñêàäàì
ñïîíòàííûõ è ñòèìóëèðîâàííûõ ïîëåì ñïèí-ïåðåîðè-
åíòàöèîííûõ ïðåâðàùåíèé äîñòàòî÷íî çàïóòàííû è
äî êîíöà åùå íå ïîíÿòû.
Èìåþùèéñÿ â ëèòåðàòóðå îáøèðíûé ýêñïåðèìåí-
òàëüíûé ìàòåðèàë ïî áîðîêàðáèäàì îãðàíè÷åí, ãëàâ-
íûì îáðàçîì, èçó÷åíèåì ñòðóêòóðíûõ, ìàãíèòíûõ è
òðàíñïîðòíûõ ñâîéñòâ è ïðàêòè÷åñêè íå çàòðàãèâàåò
ïîâåäåíèÿ ìîäóëåé óïðóãîñòè. Â åäèíñòâåííîé, ïî ñó-
ùåñòâó, ðàáîòå, ïîñâÿùeííîé àêóñòè÷åñêèì èññëåäî-
âàíèÿì HoNi2B2C [2], ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âîçìîæ-
íîñòü ïîëó÷åíèÿ â óëüòðàçâóêîâîì ýêñïåðèìåíòå
íîâîé èíôîðìàöèè, äîïîëíÿþùåé è óòî÷íÿþùåé óæå
íàêîïëåííûå äàííûå îòíîñèòåëüíî ïðèðîäû ôàçîâûõ
ïðåâðàùåíèé è ñòðóêòóðû H–T-äèàãðàìì.
 íàñòîÿùåì ñîîáùåíèè èçëîæåíû ðåçóëüòàòû àêó-
ñòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ìîíîêðèñòàëëà GdNi2B2C
(ïðåäâàðèòåëüíîå ñîîáùåíèå îïóáëèêîâàíî â [3]).
Ïîëó÷åííûå äàííûå ïîäòâåðæäàþò â îñíîâíîì óñòà-
íîâëåííóþ ðàíåå ýâîëþöèþ ìàãíèòíîé ïîäñèñòåìû
â óïîðÿäî÷åííîì ñîñòîÿíèè, íî ïîçâîëÿþò ïðåäïî-
ëîæèòü ñóùåñòâîâàíèå â ýòîì ñîåäèíåíèè ñëàáîãî
ôåððîìàãíåòèçìà. Îáíàðóæåí òàêæå çíà÷èòåëüíûé
ýôôåêò àêóñòè÷åñêîé «íåâçàèìíîñòè» — â ìàãíèòî-
óïîðÿäî÷åííîé ôàçå ñêîðîñòü è çàòóõàíèå ìîäû Ñ44
ïðè âçàèìíîé çàìåíå íàïðàâëåíèé ðàñïðîñòðàíåíèÿ è
© Ã.À. Çâÿãèíà, È.Å. ×óïèñ, Â.Ä. Ôèëü, Ê. Ð. Æåêîâ, Þ.À. Àâðàìåíêî, Sung-Ik Lee, 2007
ïîëÿðèçàöèè â îòñóòñòâèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñóùåñò-
âåííî îòëè÷àþòñÿ. Àâòîðû âèäÿò ïðè÷èíó ýòîãî ýô-
ôåêòà, ðàâíî êàê è âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü áîëü-
øèíñòâà óïðóãèõ ìîäóëåé ê ôàçîâûì ïðåâðàùåíèÿì
ìàãíèòíîé ïðèðîäû, â çíà÷èòåëüíîì âêëàäå â õàðàêòå-
ðèñòèêè ðàñïðîñòðàíåíèÿ çâóêà åãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ
àíòèôåððîìàãíèòíîé äîìåííîé ñòðóêòóðîé.
Êàê è âñå áîðîêàðáèäû, GdNi2B2C èìååò òåòðàãî-
íàëüíóþ îáúeìíîöåíòðèðîâàííóþ ðåøeòêó (I4/mmm).
Ñîãëàñíî ìàãíèòíûì èçìåðåíèÿì [4], ïðè òåìïåðàòó-
ðå ÒN ~ 20 Ê GdNi2B2C àíòèôåððîìàãíèòíî óïîðÿäî-
÷èâàåòñÿ, à ïðè ÒR ~ 14 Ê â íeì ïðîèñõîäèò ñïèíîâàÿ
ïåðåîðèåíòàöèÿ. Áîëåå äåòàëüíûå äàííûå î òèïå ìàã-
íèòíîé ñòðóêòóðû ïîëó÷åíû â [5] ñ èñïîëüçîâàíèåì
òîíêèõ ýôôåêòîâ ìàãíèòî÷óâñòâèòåëüíîãî ðàññåÿíèÿ
ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé. Àâòîðû [5] óñòàíîâèëè, ÷òî â
èíòåðâàëå TR < T < TN â GdNi2B2C ðåàëèçóåòñÿ íåñî-
ðàçìåðíàÿ ìîäóëèðîâàííàÿ ñòðóêòóðà ñ âîëíîâûì âåê-
òîðîì k0 � 0,5a* (a* — âåêòîð îáðàòíîé ðåøeòêè),
íàïðàâëåííûì âäîëü îñè a (b) è âåêòîðîì àíòèôåððî-
ìàãíåòèçìà, ïàðàëëåëüíûì îñè b (a). Ïðè Ò < TR ñïè-
íû âûõîäÿò èç áàçîâîé ïëîñêîñòè ñ ñîõðàíåíèåì íåñî-
ðàçìåðíîé ìîäóëèðîâàííîé ñòðóêòóðû. Â ðàáîòå [6]
ñî÷åòàíèåì ìàãíèòíûõ è ìàãíèòîñòðèêöèîííûõ èçìå-
ðåíèé èçó÷åí âèä ôàçîâûõ H–T-äèàãðàìì äëÿ íàïðàâ-
ëåíèé ïîëÿ H || a è H || ñ. Ïðè H || a íàðÿäó ñ ëèíèÿìè
HN(T) è HR(T) óñòàíîâëåíî ñóùåñòâîâàíèå ëèíèè
HD(T), àññîöèèðóåìîé àâòîðàìè [6] ñ ïðîöåññîì ïåðå-
ñòðîéêè äîìåííîé ñòðóêòóðû. Çàáåãàÿ âïåðeä, îòìå-
òèì, ÷òî ðåãèñòðèðóåìàÿ â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ ëè-
íèÿ HD(T), õîòÿ è èìååò áîëåå ñëîæíóþ ñòðóêòóðó
(ðàñùåïëåíà), íî ïî ñâîåìó ïîëîæåíèþ ïðàêòè÷åñêè
ñîâïàäàåò ñ ðåçóëüòàòîì, ïîëó÷åííûì â [6]. Òàêîå ñîâ-
ïàäåíèå âðÿä ëè áûëî áû âîçìîæíûì, åñëè áû îáðà-
çîâàíèå àíòèôåððîìàãíèòíûõ äîìåíîâ îïðåäåëÿëîñü
ïîëåì ñëó÷àéíûõ óïðóãèõ íàïðÿæåíèé. Îòñóòñòâèå
ñïèí-îðáèòàëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ äëÿ èîíîâ Gd è,
êàê ñëåäñòâèå ýòîãî, ìàëàÿ ýíåðãèÿ àíèçîòðîïèè,
äåëàþò, ïî-âèäèìîìó, îáðàçîâàíèå ïîëèäîìåííîé
ñòðóêòóðû â ýòîì ñîåäèíåíèè òåðìîäèíàìè÷åñêè îáó-
ñëîâëåííûì, äàæå â «èäåàëüíûõ» îáðàçöàõ, òðåáîâà-
íèåì ìèíèìèçàöèè óïðóãîé ýíåðãèè, ñâÿçàííîé ñ ìàã-
íèòîñòðèêöèîííûìè äåôîðìàöèÿìè.
1. Îáðàçöû è ìåòîäèêà èçìåðåíèé
Ìîíîêðèñòàëëû GdNi2B2C âûðàùåíû ïî ñòàíäàðò-
íîé äëÿ äàííîãî êëàññà ñîåäèíåíèé òåõíîëîãèè [7].
Îíè èìåëè ôîðìó òîíêèõ (� 0,5 ìì) ïëàñòèíîê ñ îñüþ
Ñ4, îðèåíòèðîâàííîé ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëîñêîñòè
ïëàñòèíêè. Èç-çà âûñîêîé õðóïêîñòè è ñêëîííîñòè ê
ðàññëîåíèþ ïðè ïîäãîòîâêå òîðöåâûõ ïîâåðõíîñòåé ê
àêóñòè÷åñêèì ýêñïåðèìåíòàì õàðàêòåðíûå ðàçìåðû
ìåõàíè÷åñêè ñòàáèëüíûõ îáðàçöîâ òàêæå íå ïðåâû-
øàëè 1 ìì. Óëüòðàçâóêîâûå èçìåðåíèÿ ïðîâåäåíû íà
÷àñòîòàõ ~ 50 ÌÃö íà óñòàíîâêå, îïèñàííîé â [8]. Òàì
æå èçëîæåíà ìåòîäèêà ðàáîòû ñ îáðàçöàìè ñóáìèëëè-
ìåòðîâûõ ðàçìåðîâ. Èçìåðåíèÿ àáñîëþòíûõ ñêîðî-
ñòåé çâóêà âûïîëíåíû ñ èñïîëüçîâàíèåì «íîíèóñíîé»
ïðîöåäóðû [8]. Ïðåäñòàâëåííûå â òàáëèöå çíà÷åíèÿ
ñêîðîñòåé ïîëó÷åíû ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî àçîòà ñ
òî÷íîñòüþ ~ 1%.  îòëè÷èå îò äðóãèõ ïðåäñòàâèòåëåé
ñåìåéñòâà áîðîêàðáèäîâ [8], ñêîðîñòè ìîä Ñ66 è
Ñ11–Ñ12 â GdNi2B2C ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò.
Òàáëèöà. Ñêîðîñòè çâóêà â ìîíîêðèñòàëëàõ GdNi2B2C,
ErNi2B2C, HoNi2B2C ïðè Ò = 77 Ê.
Ïîëÿðèçàöèÿ GdNi2B2C ErNi2B2C HoNi2B2C
q �� u �� S (105 ñì/ñ)
[100]
[100] 5,65 6,07 6,04
[001] 2,63 2,62 2,73
[010] 3,42 3,48 4,33
[110]
[110] 5,73 6,58 6,86
[110] 3,37 2,87 2,83
[001]
[001] 5,64 6,09 5,91
[100] 2,63 2,74 2,81
[010] 2,63 2,74 2,83
Ï ð è ì å ÷ à í è å: Çíà÷åíèÿ ñêîðîñòåé çâóêà â ìîíî-
êðèñòàëëå HoNi2B2C, ïðèâåäåííûå äëÿ ñðàâíåíèÿ,
âçÿòû èç ðàáîòû [8].
2. Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
2.1. q è H â áàçèñíîé ïëîñêîñòè
Ñêîðîñòü çâóêà. Èç ïÿòè «÷èñòûõ» (ò.å. ÷èñòî ïðî-
äîëüíûõ èëè ÷èñòî ïîïåðå÷íûõ) ìîä, êîòîðûå ìîãóò
áûòü âîçáóæäåíû â òåòðàãîíàëüíîì êðèñòàëëå ñ âîë-
íîâûì âåêòîðîì q â áàçèñíîé ïëîñêîñòè, ëèøü ìîäà
Ñ11 íå èìååò êàêèõ-ëèáî âèäèìûõ îñîáåííîñòåé â òåì-
ïåðàòóðíûõ è ïîëåâûõ çàâèñèìîñòÿõ ñêîðîñòè è çàòó-
õàíèÿ çâóêà. Îñòàëüíûå ÷åòûðå ìîäû ïðåòåðïåâàþò
êà÷åñòâåííî ïîäîáíûå èçìåíåíèÿ. Ïðè Í = 0 èõ ñêî-
ðîñòü ïðè òåìïåðàòóðàõ TN è TR ïðàêòè÷åñêè ñêà÷êî-
îáðàçíî è áåçãèñòåðåçèñíî èçìåíÿåòñÿ íà âåëè÷èíó
~ 1%. Ïðèìåð ïîäîáíûõ çàâèñèìîñòåé ïðåäñòàâëåí íà
ðèñ. 1*. Ïðè íàëîæåíèè â áàçèñíîé ïëîñêîñòè ìàãíèò-
íîãî ïîëÿ H < HDmax õàðàêòåð è ìàñøòàá àíîìàëèé â
1254 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11
Ã.À. Çâÿãèíà, È.Å. ×óïèñ, Â.Ä. Ôèëü, Ê. Ð. Æåêîâ, Þ.À. Àâðàìåíêî, Sung-Ik Lee
* Çäåñü è äàëåå çà íà÷àëî îòñ÷eòà èçìåíåíèé ñêîðîñòè è çàòóõàíèÿ çâóêà ïðèíÿòû óðîâíè, îòâå÷àþùèå òåìïåðàòóðå, ïðåä-
øåñòâóþùåé TN è H = 0.
îêðåñòíîñòÿõ TN è TR îñòàþòñÿ ïðåæíèìè íåçàâèñèìî
îò âçàèìíîé îðèåíòàöèè âåêòîðîâ q è H, à íà íèçêî-
òåìïåðàòóðíîì êðûëå çàâèñèìîñòåé ïðè H > HDmin ïî-
ÿâëÿþòñÿ îñîáåííîñòè, ñâÿçàííûå ñ ïåðåñå÷åíèåì ëè-
íèè H D (T ) . Îäíàêî óæå ïðè íå çíà÷èòåëüíîì
ïðåâûøåíèè ïîëÿ HDmax õàðàêòåð çàâèñèìîñòåé ðåçêî
èçìåíÿåòñÿ — ïîíèæåíèå òåìïåðàòóðû íèæå TN ñî-
ïðîâîæäàåòñÿ íåçíà÷èòåëüíûì óâåëè÷åíèåì ñêîðî-
ñòåé ñîîòâåòñòâóþùèõ ìîä ïðè ñîõðàíåíèè ñëàáûõ
îñîáåííîñòåé, ìàðêèðóþùèõ òåìïåðàòóðû TN è TR
(ðèñ. 1).
Çàòóõàíèå. Õîòÿ õàðàêòåð èçìåíåíèé ñêîðîñòè çâó-
êà äëÿ âñåõ àêòèâíûõ ìîä ïðè Í = 0 ñîâïàäàåò, ïîâåäå-
íèå èõ çàòóõàíèÿ íåñêîëüêî îòëè÷àåòñÿ. Ó ìîäû Ñ66
ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû íèæå TN è TR çàòóõàíèå
ñòóïåíåîáðàçíî âîçðàñòàåò, ïðîõîäÿ ê òîìó æå â TR ÷å-
ðåç îñòðûé ìàêñèìóì (ðèñ. 2). Ïîäîáíûé ìàêñèìóì
(áåç ñòóïåíåîáðàçíûõ ïðèðîñòîâ) èíîãäà íàáëþäàåòñÿ
è ó Ñ44-ìîäû, çàòóõàíèå îñòàëüíûõ ìîä ïðàêòè÷åñêè
íå÷óâñòâèòåëüíî ê TN è TR. Ïîõîæåå ïîâåäåíèå çàòó-
õàíèÿ çâóêà ïðè ñïèí-ôëîï ïåðåõîäå, ñîïðîâîæäàå-
ìîì îáðàçîâàíèåì àíòèôåððîìàãíèòíûõ äîìåíîâ, íà-
áëþäàëîñü â MnF2 [9].
Òàêèì îáðàçîì, óæå íà ýòîì ýòàïå èçëîæåíèÿ ìîæ-
íî ñäåëàòü âàæíûå, ïî íàøåìó ìíåíèþ, âûâîäû.
1. Ïðàêòè÷åñêàÿ íåçàâèñèìîñòü ìàñøòàáà è õàðàê-
òåðà àíîìàëèé â ñêîðîñòè óïðóãèõ âîëí â TN è TR ïðè
H < HDmax è ïî÷òè ïîëíîå èñ÷åçíîâåíèå óæå ïðè íå-
áîëüøîì ïðåâûøåíèè HDmax ïðèâîäÿò ê çàêëþ÷åíèþ,
÷òî íàèáîëåå âåðîÿòíîé ïðè÷èíîé èõ ïîÿâëåíèÿ ÿâëÿ-
åòñÿ âçàèìîäåéñòâèå çâóêà ñ ïîëèäîìåííîé ñòðóêòó-
ðîé, à íå ÷ðåçìåðíî áîëüøàÿ âåëè÷èíà ìàãíèòîóïðó-
ãèõ êîíñòàíò. Ïîñëåäíèå îïðåäåëÿþò ìàñøòàá
âëèÿíèÿ ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ ïðè Í > HDmax.
2. Ïðèíÿòèå òàêîé êîíöåïöèè ïðåäïîëàãàåò, ÷òî
ñïèíîâàÿ ïåðåîðèåíòàöèÿ â TR, ïðèâîäÿùàÿ ê äîïîë-
íèòåëüíîìó ñêà÷êó ñêîðîñòè ïðè T ~ TR, íå ñâîäèòñÿ ê
ïðîñòîìó ïîâîðîòó ñïèíîâ â êàæäîì äîìåíå, íî è ñî-
ïðîâîæäàåòñÿ ïåðåñòðîéêîé ñàìîé äîìåííîé ñòðóêòó-
ðû. Ïîñëåäíåå äîñòàòî÷íî î÷åâèäíî èç-çà âûðîæäåí-
íîñòè ýòîãî ïðîöåññà ïî îòíîøåíèþ ê íàïðàâëåíèþ
âðàùåíèÿ ñïèíîâ.
3. Ïîëíîå èñ÷åçíîâåíèå äîìåííîé ñòðóêòóðû ñ
ðàçâeðíóòûìè â ðàçíûõ íàïðàâëåíèÿõ ñïèíàìè ïðè
H > HDmax âîçìîæíî òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà â ñèñ-
òåìå èìååòñÿ ñëàáûé ôåððîìàãíåòèçì, ïî êðàéíåé ìå-
ðå ïðè T < TR. Òàêîãî òèïà ìàãíèòíàÿ ñòðóêòóðà ðåàëè-
çóåòñÿ â ýðáèåâîì è òåðáèåâîì áîðîêàðáèäàõ [1].
Ââèäó ìàëîãî íàêëîíà ëèíèè HD(T) ïî îòíîøåíèþ
ê òåìïåðàòóðíîé îñè ñöåíàðèé ñïèíîâîé ïåðåîðèåí-
òàöèè â ýòîì ñëó÷àå óäîáíåå èçó÷àòü ïðè ñêàíèðîâà-
íèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Õàðàêòåð èçîòåìïåðàòóðíûõ
Ìàãíèòîóïðóãîå âçàèìîäåéñòâèå è àêóñòè÷åñêàÿ íåâçàèìíîñòü â GdNi2B2C
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11 1255
5 10 15 20 25
0
200
400
TN
T, K
H = 0
C66
C44
TR
Ðèñ. 2. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè èçìåíåíèé çàòóõàíèÿ
C66-ìîäû (q || [100], u || [010]) — ñïëîøíàÿ êðèâàÿ è C44-
ìîäû (q || [100], u || [001]) — ïóíêòèð.
0 5 10 15 20 25 30
–3
–2
–1
0
0
50
100
150
200
HoffHon H || [100]T = 2 K
S
/S
,
1
0
–
2
Ðèñ. 3. Ìàãíèòîïîëåâàÿ çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíûõ èç-
ìåíåíèé ñêîðîñòè (ñïëîøíàÿ êðèâàÿ) è çàòóõàíèÿ (ïóíê-
òèð) C a
44-ìîäû (q || [100], u || [001]), ïîëó÷åííûå ïðè Ò =
2 Ê, H || [100].
5 10 15 20 25
–3
–2
–1
0
1 TN
TR
H || [110]
H = 0
T, K
TDS
/S
,
1
0
–
2
Ðèñ. 1. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíûõ èç-
ìåíåíèé ñêîðîñòè C11–C12-ìîäû (q || [110], u || [1 1 0]) ïðè
ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ âíåøíåãî ìàãíèòíãî ïîëÿ, H || [110].
Òåìïåðàòóðû TN è TR óêàçàíû ïðè Í = 0, TD — ïðè Í =
= 16,5 êÝ.
ïîëåâûõ çàâèñèìîñòåé ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ
íà ïðèìåðå Ñ44-ìîäû ïðîäåìîíñòðèðîâàí íà ðèñ 3,4
(çäåñü è äàëåå âåðõíèé èíäåêñ óêàçûâàåò íàïðàâëåíèå
q, ïðè êîòîðîì ýòà ìîäà èçó÷àëàñü). Ñðàçó æå îòìåòèì
ïîëíóþ âîñïðîèçâîäèìîñòü (áåçãèñòåðåçèñíîñòü) ðå-
çóëüòàòîâ ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ ñêàíèðîâàíèÿ.
Íà ðèñ. 3 âèäíî, ÷òî äëÿ T < TR ïåðåñòðîéêà äîìåííîé
ñòðóêòóðû íå ñâîäèòñÿ ê ïðîñòîìó âûòåñíåíèþ ýíåð-
ãåòè÷åñêè íåâûãîäíûõ äîìåíîâ, ÷òî ïðèâåëî áû ê
ïëàâíîìó èëè ñêà÷êîîáðàçíîìó (ïðè ìàëîé êîýðöè-
òèâíîñòè) ïåðåõîäó â ìîíîäîìåííîå ñîñòîÿíèå, à îï-
ðåäåëÿåòñÿ, ïî-âèäèìîìó, âíóòðèäîìåííîé ñïèíîâîé
ïåðåîðèåíòàöèåé. Íà÷àëî åe (Hon), îòâå÷àþùåå âûõî-
äó ñïèíîâ â ýíåðãåòè÷åñêè íåâûãîäíîì äîìåíå èç
ïëîñêîñòè ñèììåòðèè, èäeò ïî òèïó ôàçîâîãî ïåðåõî-
äà âòîðîãî ðîäà, íà ÷òî óêàçûâàåò õàðàêòåðíîå ïðåäïå-
ðåõîäíîå ñìÿã÷åíèå ìîäóëÿ. Îêîí÷àíèå æå ñïèíîâîé
ïåðåñòðîéêè (Hoff), áîëåå ïîõîæåå íà ñêà÷îê, åñòü íè
÷òî èíîå, êàê èñ÷åçíîâåíèå äîìåííîé ñòðóêòóðû. Ôà-
çîâûé ïåðåõîä 2-ãî ðîäà òóò óæå íåâîçìîæåí èç-çà
âñåãäà ñóùåñòâóþùåãî ïîäãèáà ñïèíîâ â íàïðàâëåíèè
ïîëÿ. Â èíòåðâàëå TR < T < TN ýâîëþöèÿ ñêîðîñòè çâó-
êà íå èìååò òîíêîé ñòðóêòóðû (ðèñ. 4) è, âîçìîæíî,
çäåñü ìîíîäîìåíèçàöèÿ óïðàâëÿåòñÿ óæå ìåæäîìåí-
íûì âçàèìîäåéñòâèåì. Îòìåòèì òàêæå, ÷òî ðîñò ïîëÿ
HD(T) ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû íà áîëüøåé ÷àñòè
òåìïåðàòóðíîãî èíòåðâàëà (ñì. H–T-äèàãðàììó íà
ðèñ. 7) õàðàêòåðåí èìåííî äëÿ ñïèí-ôëîï ïðîöåñ-
ñîâ [10].
2.2. q â áàçèñíîé ïëîñêîñòè, H || c
Ìàãíèòíîå ïîëå, îðòîãîíàëüíîå áàçèñíîé ïëîñêî-
ñòè, ïðåïÿòñòâóåò âûõîäó èç íåå âåêòîðîâ àíòèôåððî-
ìàãíåòèçìà, ïîýòîìó ëèíèÿ HR(T) ïðè ðîñòå Í îòêëî-
íÿåòñÿ â ñòîðîíó íèçêèõ òåìïåðàòóð. Åe ïîëîæåíèå
ëåãêî ðåãèñòðèðóåòñÿ íà èçîòåìïåðàòóðíûõ èëè èçî-
ïîëåâûõ ñêàíàõ. Ïðèìåð èçîïîëåâîé çàâèñèìîñòè
ïðèâåäåí íà ðèñ. 5. Îäíàêî ïîëå òàêîé îðèåíòàöèè, åñ-
ëè îíî ìåíüøå ïîëÿ çàõëîïûâàíèÿ ïîäðåøeòîê, íå
ìîæåò âîñïðåïÿòñòâîâàòü âîçíèêíîâåíèþ äîìåííîé
ñòðóêòóðû â òî÷êå TN.  ðàìêàõ ïðèíÿòîé íàìè êîí-
öåïöèè ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ñêà÷îê ñêîðîñòè çâóêà â TN
äîëæåí ñîõðàíèòüñÿ, ÷òî è äåìîíñòðèðóåò ðèñ. 6.
Ïîñòðîåííûå íà îñíîâàíèè èçëîæåííûõ ýêñïåðè-
ìåíòîâ ôàçîâûå H–T-äèàãðàììû ïðåäñòàâëåíû íà
ðèñ. 7. Ìû íå óâèäåëè êàêèõ-ëèáî ñóùåñòâåííûõ îò-
ëè÷èé ýòèõ äèàãðàìì ïðè ðàçëè÷íûõ íàïðàâëåíèÿõ
ïîëÿ â áàçèñíîé ïëîñêîñòè ([100] èëè [110]). Â öåëîì
âèä H–T-äèàãðàìì ñîâïàäàåò ñ äàííûìè, ïðèâåäåííû-
ìè â [6], îäíàêî ëèíèÿ HD(T), êàê îáñóæäåíî âûøå,
1256 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11
Ã.À. Çâÿãèíà, È.Å. ×óïèñ, Â.Ä. Ôèëü, Ê. Ð. Æåêîâ, Þ.À. Àâðàìåíêî, Sung-Ik Lee
5 10 15 20
–2
–1
0
50
100
150
H || [001]
T, K
TR TN
S
/S
,
1
0
–
2
Ðèñ. 5. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíûõ èçìå-
íåíèé ñêîðîñòè (ñïëîøíàÿ êðèâàÿ) è çàòóõàíèÿ (ïóíêòèð)
C66-ìîäû (q || [100], u || [010]) â ìàãíèòíîì ïîëå Í =
= 25 êÝ, H || [001].
0 5 10 15 20 25 30 35
–2
–1
0
1
H || [001]
T, K
H = 0
TR
TN
S
/S
,
1
0
–
2
Ðèñ. 6. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíûõ èçìå-
íåíèé ñêîðîñòè C11–C12-ìîäû (q || [110], u || [1 1 0]) â íóëå-
âîì ìàãíèòíîì ïîëå (ñïëîøíàÿ êðèâàÿ) è ïðè Í = 32 êÝ,
H || [001] (ïóíêòèð). Îáðàùàåì âíèìàíèå íà ñîõðàíåíèå
îñîáåííîñòè â TN è ïîëíîå åå èñ÷åçíîâåíèå â TR íà çàâè-
ñèìîñòè ïðè Í = 32 êÝ.
0 5 10 15 20 25 30
–1,0
–0,5
0
T = 17 K
H || [110]
T = 19 K
S
/S
,
1
0
–
2
Ðèñ. 4. Ìàãíèòîïîëåâûå çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíûõ èç-
ìåíåíèé ñêîðîñòè C
44
[110]-ìîäû (q || [110], u || [001]) ïðè
òåìïåðàòóðàõ èç èíòåðâàëà TR < T < TN: Ò = 19 Ê (ñïëîø-
íàÿ êðèâàÿ) è Ò = 17 Ê (ïóíêòèð), H || [110].
ðàñùåïëåíà ïðè T < TR. Êðîìå òîãî, â îáëàñòè
TR < T < TN ìû íå îáíàðóæèëè ðàñùåïëåíèÿ ëèíèé
HD(T) è HN(T) â ïîëÿõ < 20 êÝ.
2.3. Àêóñòè÷åñêàÿ íåâçàèìíîñòü
Ïðè q || c îáå «÷èñòûå» ìîäû (Ñ33 è C c
44) íå âûÿâëÿ-
þò ñêîëüêî-íèáóäü çíà÷èìûõ îñîáåííîñòåé â TN è TR
(ðèñ. 8 äåìîíñòðèðóåò ïîâåäåíèå C c
44). Îòìåòèì òîëü-
êî íåáîëüøîå ñòóïåíåîáðàçíîå óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè
ïðè Ò ~ 7,5 Ê, ïðåäñòàâëåííîå íà ðèñ. 8 äëÿ ìîäû C c
44 .
Àíàëîãè÷íàÿ îñîáåííîñòü ðåãèñòðèðóåòñÿ òàêæå è â
ñêîðîñòè ïðîäîëüíîãî çâóêà. Ïðîèñõîæäåíèå ýòîé
îñîáåííîñòè íåèçâåñòíî.
Íî êàê ñëåäóåò èç ðèñ. 8, ìû çäåñü ñòàëêèâàåìñÿ
ñ òàê íàçûâàåìîé àêóñòè÷åñêîé «íåâçàèìíîñòüþ» —
ðàñùåïëåíèåì â ìàãíèòîóïîðÿäî÷åííîé ôàçå ñêîðî-
ñòè Ñ44-ìîäû ïðè âçàèìîçàìåíå íàïðàâëåíèé ðàñïðî-
ñòðàíåíèÿ q è ïîëÿðèçàöèè u. Ïðîèñõîæäåíèå òåðìè-
íà «íåâçàèìíîñòü» âûçâàíî ñëåäóþùèì. Ñòàíäàðòíàÿ
òåîðèÿ óïðóãîñòè [11] ïðåíåáðåãàåò âçàèìîäåéñòâèåì
àêóñòè÷åñêèõ âîëí ñ äðóãèìè ïîäñèñòåìàìè êðèñòàë-
ëà.  ýòîì ñëó÷àå ñêîðîñòü ëþáîé ñîáñòâåííîé ïîïå-
ðå÷íîé ìîäû, ðàñïðîñòðàíÿþùåéñÿ âäîëü ÷eòíîé îñè
ñèììåòðèè, ñîâïàäàåò ñî ñêîðîñòüþ âîëíû ñ âçàèìíî
ïåðåñòàâëåííûìè âåêòîðàìè q è u è òàêæå ÿâëÿþùåé-
ñÿ ñîáñòâåííîé ìîäîé. Ýòî óòâåðæäåíèå ÿâëÿåòñÿ
ñëåäñòâèåì âûñîêîé ñèììåòðèè òåíçîðà 4-ãî ðàíãà,
îïèñûâàþùåãî ìîäóëè óïðóãîñòè êðèñòàëëà, è ìîæåò
áûòü êâàëèôèöèðîâàíî êàê àêóñòè÷åñêàÿ âçàèìíîñòü.
Âêëþ÷åíèå â ðàññìîòðåíèå âçàèìîäåéñòâèÿ çâóêà ñ
äðóãèìè ïîäñèñòåìàìè (ýëåêòðîííàÿ, ìàãíèòíàÿ è
ò.ï.) â èòîãå ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ â óðàâíåíèè äèíà-
ìèêè ðåøeòêè äîïîëíèòåëüíûõ ñèëîâûõ ñëàãàåìûõ. È
åñëè ñèììåòðèÿ ýòèõ ñèë îêàæåòñÿ áîëåå íèçêîé, âçà-
èìíîñòü óæå íå áóäåò èìåòü ìåñòà. Î÷åâèäíûé ïðè-
ìåð — âçàèìîäåéñòâèå çâóêà ñ ýëåêòðîíàìè â ìåòàëëå,
îïèñûâàåìîå òåíçîðîì 2-ãî ðàíãà, ïðåäñòàâëÿþùèì
íåêîå ñðåäíåå ïî îðòîãîíàëüíûì q ñå÷åíèÿì ïîâåðõ-
íîñòè Ôåðìè [12]. Äëÿ òåòðàãîíàëüíîé, ê ïðèìåðó,
ñèñòåìû ïðè ïåðåõîäå îò q âäîëü îñè Ñ4 ê q âäîëü Ñ2
ýòè ñðåäíèå íå îáÿçàíû ñîâïàäàòü è âçàèìíîñòü íàðó-
øàåòñÿ. Äàæå â ïîëíîñòüþ âûðîæäåííîé ñèòóàöèè
èçîòðîïíîãî ìåòàëëà ñî ñôåðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòüþ
Ôåðìè â ïðèñóòñòâèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ðàñïðîñòðà-
íÿþùàÿñÿ âäîëü Í ïîïåðå÷íàÿ âîëíà ïðèîáðåòàåò
êâàäðàòè÷íî çàâèñÿùèå îò ïîëÿ ïîïðàâêè ê ñêîðîñòè è
ïîãëîùåíèþ çâóêà, à ïðè q � Í òàêèå âêëàäû îòñóòñò-
âóþò — ýôôåêò Àëüôåðà–Ðóáèíà [13]. Êàê ïðàâèëî,
íàáëþäàåìàÿ â ìåòàëëàõ «íåâçàèìíîñòü» â ñêîðîñòè
çâóêà î÷åíü ìàëà (10–4–10–6).
 êðèñòàëëàõ ñ ìàãíèòíûìè èîíàìè ìàãíèòîóïðó-
ãîå âçàèìîäåéñòâèå â ïðèñóòñòâèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ
òàêæå ïðèâîäèò ê «íåâçàèìíîñòè». Òàêèå ýôôåêòû íà-
áëþäàëèñü êàê â ìàãíèòîóïîðÿäî÷åííîé [14], òàê è â
ïàðàìàãíèòíîé [15] ôàçàõ. Òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå
èõ ïðîâîäèòñÿ â ðàìêàõ âðàùàòåëüíî-èíâàðèàíòíîé
òåîðèè [16], ó÷èòûâàþùåé âçàèìîäåéñòâèå ñïèíîâ ñ
ëîêàëüíûìè ïîâîðîòàìè ðåøeòêè, ñîïðîâîæäàþùè-
ìè ïîïåðå÷íóþ âîëíó.
Ìàãíèòîóïðóãîå âçàèìîäåéñòâèå è àêóñòè÷åñêàÿ íåâçàèìíîñòü â GdNi2B2C
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11 1257
0 5 10 15 20 25 30
–2
–1
0
(H || [100])
C44
a
C44
a
C
C
44
T, K
S
/S
,
1
0
–
2
Ðèñ. 8. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíûõ èçìå-
íåíèé ñêîðîñòè C44-ìîäû ïðè ðàçëè÷íûõ íàïðàâëåíèÿõ
âîëíîâîãî âåêòîðà çâóêà q: C a
44 (q || [100], u || [001]) —
ñïëîøíàÿ êðèâàÿ, C c
44 (q || [001], u || [100]) — ïóíêòèð.
Ïîä÷åðêíåì, ÷òî â ïîëå Í = 33 êÝ «íåâçàèìíîñòü» ôàêòè-
÷åñêè îòñóòñòâóåò.
0
10
20
30
40
0
10
20
30
40
0 5 10 15
10
20
30
40
HDmin
HDmax
H || [110]
aH || [001]
T, K
H || [100]
Hoff
Hon
20
Ðèñ. 7. Ôðàãìåíòû ôàçîâûõ äèàãðàìì ìîíîêðèñòàëëà
GdNi2B2C äëÿ H || [001] (à), H || [110] (á), H || [100] (â).
Òàêèì îáðàçîì, àêóñòè÷åñêàÿ «íåâçàèìíîñòü» åñòü
ñëåäñòâèå âçàèìîäåéñòâèÿ çâóêà ñ äðóãèìè ïîäñèñòå-
ìàìè êðèñòàëëà, õàðàêòåðèçóåìîãî ïîíèæåííîé (ïî
ñðàâíåíèþ ñ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøeòêîé) ñèììåòðè-
åé. Âî âñÿêîì ñëó÷àå, ðåãèñòðàöèÿ â ýêñïåðèìåíòå
«íåâçàèìíîñòè» ÿâëÿåòñÿ ïîâîäîì äëÿ ïîèñêà îòâåò-
ñòâåííûõ çà íåe ñïåöèôè÷åñêèõ ìåõàíèçìîâ, ÷òî, ïî
ñóùåñòâó, è ïðèâåëî íàñ ê èçëîæåííîé âûøå «äîìåí-
íîé» êîíöåïöèè. Îñîáåííîñòÿìè íàøåãî ñëó÷àÿ ÿâëÿ-
þòñÿ çíà÷èòåëüíàÿ âåëè÷èíà ýôôåêòà, åãî ñóùåñòâî-
âàíèå â îòñóòñòâèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ è èñ÷åçíîâåíèå â
ïîëÿõ, ïðåâûøàþùèõ ïîëå ñïèíîâîé ïåðåîðèåíòà-
öèè. Â ïðåäâàðèòåëüíîì ñîîáùåíèè [3] áûëî âûñêàçà-
íî ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ýôôåêò «íåâçàèìíîñòè» ìîæåò
áûòü îáóñëîâëåí âçàèìîäåéñòâèåì çâóêà ñ ìîäóëèðî-
âàííîé ìàãíèòíîé ñòðóêòóðîé. Èìåëîñü â âèäó, ÷òî
à) âåêòîð ìîäóëÿöèè íåñîðàçìåðíîé ôàçû âíîñèò äî-
ïîëíèòåëüíóþ àñèììåòðèþ, ïîäîáíóþ äåéñòâèþ ìàã-
íèòíîãî ïîëÿ, è á) âçàèìîäåéñòâèå çâóêà ñ õàðàêòåð-
íîé äëÿ ìîäóëèðîâàííûõ ñòðóêòóð ôàçîííîé âåòâüþ
ñïåêòðà ìîæåò ïðèâåñòè ê ñìÿã÷åíèþ óïðóãèõ ìîäó-
ëåé. Ðàñ÷eòû, âûïîëíåííûå â ðàìêàõ âðàùàòåëüíî-
èíâàðèàíòíîé òåîðèè, êà÷åñòâåííî ïîäòâåðäèëè ýòè
ïðåäïîëîæåíèÿ, îäíàêî îöåíêà âåëè÷èíû ýôôåêòà
«íåâçàèìíîñòè» ïîêàçàëà, ÷òî îí íå ìîæåò ïðåâûøàòü
çíà÷åíèé ~ 10–6. Ñâîåé ìàëîñòüþ ýòà îöåíêà îáÿçà-
íà çíà÷èòåëüíîìó îòëè÷èþ çâóêîâîé �� �
8 ñ–1) è
àíòèôåððîìàãíèòíîé (�À ~ 1012 ñ–1) ÷àñòîò, íå äîïóñ-
êàþùåìó èõ ýôôåêòèâíîãî ñâÿçûâàíèÿ. Âûõîä èç ñëî-
æèâøåéñÿ ñèòóàöèè äàeò ïðåäïîëîæåíèå î ñóùåñò-
âîâàíèè â GdNi2B2C áîëåå èëè ìåíåå ðåãóëÿðíîé
àíòèôåððîìàãíèòíîé äîìåííîé ñòðóêòóðû. Ñóùåñò-
âóþùèå â òàêèõ ñòðóêòóðàõ òàê íàçûâàåìûå òðàíñ-
ëÿöèîííûå ìîäû [17] îáëàäàþò êâàçèàêóñòè÷åñêèì
ñïåêòðîì ñ õàðàêòåðíûìè ÷àñòîòàìè êîëåáàíèé, ïðè-
áëèæàþùèìèñÿ ê çâóêîâûì, ÷òî è îáåñïå÷èâàåò ýô-
ôåêòèâíîå âçàèìîäåéñòâèå ñ íèìè çâóêà. Êîñâåííûì
ïîäòâåðæäåíèåì «ðåãóëÿðíîñòè», ðåàëèçóþùåéñÿ â
íåíàïðÿæeííûõ îáðàçöàõ äîìåííîé ñòðóêòóðû, ÿâëÿ-
åòñÿ è òàêîé ôàêò — ïîñëå íåñêîëüêèõ öèêëîâ îõëàæ-
äåíèÿ âñå îïèñàííûå âûøå ýôôåêòû çíà÷èòåëüíîãî
àêóñòè÷åñêîãî îòêëèêà â TN è TR, ðàâíî êàê è «íåâçà-
èìíîñòü», èñ÷åçàëè è âîññòàíàâëèâàëèñü ëèøü ïîñëå
äëèòåëüíîãî (íåñêîëüêî ìåñÿöåâ) «îòæèãà» ïðè êîì-
íàòíîé òåìïåðàòóðå. Âîçìîæíî, âûñîêîòåìïåðàòóð-
íûé îòæèã óñêîðèë áû ïðîöåññ ðåëàêñàöèè, íî ìû òà-
êèõ ýêñïåðèìåíòîâ íå ïðîâîäèëè.
Èñòî÷íèêîì «íåâçàèìíîñòè» ìîæåò ñëóæèòü òàêæå
è êðèñòàëëè÷åñêîå ïîëå. Íà ðèñ. 9 ïðèâåäåíû ðåçóëü-
òàòû èçìåðåíèÿ ñêîðîñòè Ñ44-ìîäû ïðè ðàçëè÷íûõ
îðèåíòàöèÿõ âîëíîâîãî âåêòîðà çâóêà â ýðáèåâîì è
ãîëüìèåâîì áîðîêàðáèäàõ. Êà÷åñòâåííî ïîäîáíàÿ äëÿ
îáîèõ ñîñòàâîâ «íåâçàèìíîñòü» ïîÿâëÿåòñÿ íàìíîãî
ðàíüøå, ÷åì óñòàíàâëèâàåòñÿ ìàãíèòíûé ïîðÿäîê.
Îáà êîìïàóíäà èñïûòûâàþò ñòðóêòóðíîå òåòðà-îðòî
ïðåâðàùåíèå âñëåäñòâèå êîîïåðàòèâíîãî ýôôåêòà
ßíà-Òåëëåðà. Àêòèâíûìè ìîäàìè, èñïûòûâàþùèìè
ñèëüíîå ñìÿã÷åíèå ñêîðîñòè, ÿâëÿþòñÿ Ñ11–Ñ12-ìîäà
äëÿ ýðáèéñîäåðæàùåãî ñîñòàâà è Ñ66-ìîäà – äëÿ ãîëü-
ìèéñîäåðæàùåãî. È õîòÿ Ñ44-ìîäà íå àêòèâíà ïðè òà-
êîì ïðåâðàùåíèè, åe âçàèìîäåéñòâèå ñ ÿí-òåëëåðîâ-
ñêèìè ôëóêòóàöèÿìè çàâèñèò îò îðèåíòàöèè q ,
ïðèâîäÿ ê ýôôåêòó «íåâçàèìíîñòè».
Êðàòêî ñôîðìóëèðóåì îñíîâíûå ðåçóëüòàòû. Èçó-
÷åíû àêóñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìîíîêðèñòàëëîâ
ãàäîëèíèåâîãî áîðîêàðáèäà. Èçìåðåíû àáñîëþòíûå
ñêîðîñòè, îáíàðóæåíû çíà÷èòåëüíûå àíîìàëèè â ñêî-
ðîñòè è çàòóõàíèè çâóêà â îáëàñòè ìàãíèòíûõ ôàçîâûõ
ïðåâðàùåíèé, à òàêæå àêóñòè÷åñêàÿ «íåâçàèìíîñòü».
Ïðè÷èíó íàáëþäàåìûõ ýôôåêòîâ àâòîðû âèäÿò âî
1258 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11
Ã.À. Çâÿãèíà, È.Å. ×óïèñ, Â.Ä. Ôèëü, Ê. Ð. Æåêîâ, Þ.À. Àâðàìåíêî, Sung-Ik Lee
2 4 6 8 10 12
–0,3
0
0,3
ErNi B C2 2
HoNi B C2 2
T, K
5 10 15 20 25 30 35
–0,3
0
0,3
T, K
C44
a
C44
a
C44
[110]
C44
C
S
/S
,
1
0
–
2
S
/S
,
1
0
–
2
Ðèñ. 9. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíûõ èçìå-
íåíèé ñêîðîñòè C44-ìîäû ïðè ðàçëè÷íûõ íàïðàâëåíèÿõ
âîëíîâîãî âåêòîðà çâóêà q: â ñîåäèíåíèè ErNi2B2C: C a
44
(q || [100], u || [001]) — ñïëîøíàÿ êðèâàÿ, (q || [001],
u || [100]) — ïóíêòèð (à); â ñîåäèíåíèè HoNi2B2C: C c
44
(q || [100], u || [001]) — ñïëîøíàÿ êðèâàÿ, C
44
[110] (q || [110],
u || [001]) — ïóíêòèð (á).
à
á
âçàèìîäåéñòâèè çâóêà ñ àíòèôåððîìàãíèòíîé äîìåí-
íîé ñòðóêòóðîé. Ïîëó÷åííûå äàííûå ïîçâîëÿþò ïðåä-
ïîëîæèòü ñóùåñòâîâàíèå â GdNi2B2C ñëàáîãî ôåððî-
ìàãíåòèçìà.
Àâòîðû èñêðåííå áëàãîäàðíû ÷ëåíó-êîððåñïîí-
äåíòó ÍÀÍ Óêðàèíû Í.Ô. Õàð÷åíêî è ïðîôåññîðó
À.À. Çâÿãèíó çà ïîëåçíûå îáñóæäåíèÿ.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ÷àñòè÷íîì ñîäåéñòâèè ôîí-
äà ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé Óêðàèíû (ïðîåêò
¹ Ô16/604)
1. K.H. M�ller, G. Fuchs, S.-L. Drechsler, and V.N. Na-
rozhnyi, in: Handbook of Magnetic Materials, K.J.H.
Buschow (ed.), 14, 199, North Holland, Amsterdam
(2002), ch. 3.
2. V.D. Fil’, A. Knigavko, A.N. Zholobenko, E.-M. Choi,
and S.-I. Lee, Phys. Rev. B70, 220504 (2004).
3. Ã.À. Çâÿãèíà, Ê.Ð. Æåêîâ, Â.Ä. Ôèëü, Âåñòíèê ÕÍÓ,
ñåð. Ôèçèêà 739, âûï. 7, 81 (2006).
4. P.C. Canfield, B.K. Cho, and K.W. Dennis, Physica
BC262, 249 (1995).
5. C. Detlefs, A.I. Goldman, C. Stassis, P.C. Canfield, and
B.K. Cho, Phys. Rev. B53, 6355 (1996).
6. M.E. Massalami, H. Takeya, K. Hirata, M. Amara, R.-M.
Galera, and D. Shmitt, Phys. Rev. B67, 144421 (2003).
7. M.O. Mun, S.-I. Lee, W.C. Lee, P.C. Canfield, B.K. Cho,
and D.C. Johnston, Phys. Rev. Lett. 76, 2790 (1996).
8. E.A. Mañàëèòèí, Â.Ä. Ôèëü, Ê.Ð. Æåêîâ, A.Í. Æîëî-
áåíêo, T.Â. Èãíàòîâà, S.-I. Lee, ÔÍÒ 29, 93 (2003).
9. Y. Shapira and J. Zak, Phys. Rev. 170, 503 (1968).
10. Y. Shapira and S. Foner, Phys. Rev. B1, 3083 (1970).
11. Ô.È. Ôeäîðîâ, Òåîðèÿ óïðóãèõ âîëí â êðèñòàëëàõ,
Íàóêà, Ìîñêâà (1965).
12. Â.Ì. Êîíòîðîâè÷, ÆÝÒÔ 45, 1638 (1963).
13. R.A. Alfer and R.J. Rubin, J. Acoust. Soc. Amer. 26, 452
(1954).
14. R.L. Melcher, Phys. Rev. Lett. 25, 1201 (1970).
15. P.S. Wang and B. Luthi, Phys. Rev. B15, 2718 (1977).
16. Â.Ã. Áàðüÿõòàð, Â.Â. Ãàíí, ÔÒÒ 9, 2052 (1967).
17. Ì.Ì. Ôàðçòäèíîâ, Ñïèíîâûå âîëíû â ôåððî- è àíòè-
ôåððîìàãíåòèêàõ ñ äîìåííîé ñòðóêòóðîé, Íàóêà,
Ìîñêâà (1988).
Magneto-elastic interaction and acoustic
nonreciprocity in GdNi2B2C
G.A. Zvyagina, I.E. Chupis, V.D. Fil’, K.R. Zhekov,
Yu.A. Avramenko, and Sung-Ik Lee
The ultrasonic researches of single crystal ga-
dolinium borocarbide has been carried out. It is
found that the acoustic characteristics are very sen-
sitive to magnetic phase transformations, due to the
interaction of sound waves with the antiferromag-
netic domain structure. An acoustic «nonrecipro-
city» with the same nature has been also discove-
red. Arguments in favor of the existence of weak
ferromagnetism in GdNi2B2C are adduced.
PACS: 72.55.+s Magnetoacoustic effects;
74.25.Ld Mechanical and acoustical prop-
erties, elasticity and ultrasonic attenuation.
Keywords: sound velosity and attenuation,
magnetoelastic interaction, antiferromagnetic do-
main structure.
Ìàãíèòîóïðóãîå âçàèìîäåéñòâèå è àêóñòè÷åñêàÿ íåâçàèìíîñòü â GdNi2B2C
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11 1259
|