Устройство для исследования колебаний в магнитоупорядоченных кристаллах Советский патент 1979 года по МПК G01N27/78 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ В МАГНИТОУПОРЯДОЧЕННЫХ КРИСТАЛЛАХ

I

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может найти применение при проведении научных исследований по изучению резонансных явлений в магнитоупорядоченных средах, в частности однородного антиферромагнитного резонанса (АФМР) вдвухподрешеточных антиферромагнетиках и слабых ферромагнетиках.

Известно, что в подобных магнитных кристаллах, при определенных условиях могут возбуждаться связанные Колебания - магнитоакустические, спин-спиновые и т. п. Связанные колебания в спиновой системе могут возникать в условиях АФМР, если в данном магнетике имеется точка пересечения резонансных ветвей спектра (на плоскости частота - магнитное поле), при вполне определенных взаимных направлениях магнитной составляющей возбуждающего СВЧ-поля, постоянного магнитного поля и оси магнитной симметрии кристалла, на которой находится эта точка. Одно из основных свойств этого процесса - взаимно перпендикулярная поляризация колебаний в одной и в другой ветви спиновых волн.

Прямое наблюдение преобразования магнитных колебаний одной поляризации в колебания другой поляризации обычными спектроскопическими методами (по сигналу, отраженному от резонатора с образцом) невозможно, так как возбуждение кристалла и детектирование поглощения происходит

при одной и той же конфигурации высокочастотного поля.

Известно устройство для исследования колебаний в магнитоупорядоченных кристаллах, в частности АФМ, включающее помещенные в постоянное магнитное поле цриемный резонатор, соединенные с ним через отверстия связи передающий и приемный волноводы СВЧ - поля, образец исследуемого магнетика в плоскости раздела между передающим волноводом и приемным резонатором 1.

Однако, существенным недостатком техники селективной прозрачности, не позволяющим непосредственно применять ее для наблюдения преобразования колебаний, является то, что в ней образец жестко фиксируется между передающим и приемным резонаторами, т.е. нет возможности задавать определенные углы между направлениями высокочастотного поля, постоянного магнитного поля и осью магнитной симметрии. Цель изобретения - устранение указанных недостатков и обеспечение возможности осуществления и наблюдения преобразования колебаний одной спиновой системы в колебания другой системы. Указанная цель достигается тем, что плоскопараллельный цилиндрический образец исследуемого магнетика установлен в плоскости поворотной диафрагмы плоскостями параллельно дну резонатора, а ось магнитной симметрии кристалла, направление постоянного магнитного поля и магнитная составляющая СВЧ-поля совмещены с плоскостью вращения поворотной диафрагмы. На чертеже приведена схема устройства. Устройство состоит из следующих основных узлов: перелчающего прямоугольного волновода 1 с типом колебаний Н(д;цилиндрического резонатора 2, расчитанного на тип колебаний HO,,C поршнем 3; прямоуго.чьного приемного волновода 4 с типом колебаний Н° . Образец магнетика 5, вырезанный в форме диска, вставлен во вращающуюся диафраг.му 6, через которую волновод 1 связан с резонаторо.м 2. При этом плоские поверхности образца параллельны донышку резонатора. В этой плоскости находится ось магнитной сим.метрии кристалла, адоль которой имеет место пересечение ветвей колебаний спиновых волн различной поляризации, и внешнее постоянное магнитное поле Н, Приемный волновод 4 связан с резонатором 2 через другое отверстие связи, диаметр которого подобран по наилучшему согласованию резонатора с волноводом. Оно, как и передающая диафрагма 6, располагается на половине радиуса торца резонатора. Поршнем 3 перестраивается собственная частота резонатора. Кольцевой зазор между поршнем и стенкой резонатора полуволновой препятствует возведению колебаглубиныНИИ Н, 1,,, не оказывая влияния на расчетный тип колебаний Н Исследование преобразования колебаний, в магнитоупорядоченных кристаллах с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Энергия СВЧ-поля с линейной поляризацией и с частотой, соответствующей точке пересечения ветвей АФМР, от источника поступает через передающий волновод 1 на образец 5. Постоянное магнитное поле направляется вдоль оси магнитной симметрии кристалла. Сохраняя эту ориентацию путем одновременного поворота магнитного поля и образца по отношению к фиксированному линейнополяризованному СВЧ-полю, можно задать возбуждение одной или другой спиновой системы, а отклонение на небольшой угол магнитного поля Н (в этой же плоскости) от оси магнитной симметрии регулируется связь между колебательньши спиновыми системами. Ее оптимальное значение соответствует определенному углу наклона. Известно, что магнитная составляющая в волноводе с типом колебаний Н параллельна широкой стенке, а в резонаторе Н направлена вдоль радиуса (на чертеже пока зано штриховыми линиями). Поэтому в обыч ных условиях передающий волновод 1, даже при оптимальном отверстии связи, не возбуж дает колебаний в резонаторе 2 (магнитные составляющие «передающего и «приемного полей скрещены). Если же при возбуждении через волновод 1 одной из спиновых систем в образце 5 будет возбуждена другая спиновая система, то поляризация магнитных колебаний в ней уже совпадает с магнитной составляющей расчетного поля в резонаторе. Только в этом случае СВЧполе волновода 1 возбудит резонатор, что и является результатом передачи энергии колебаний одной спиновой системы в другую. Сигнал из резонатора 2 поступает в волновод 4 и после соответствующего усиления регистрируется на са.мописце. Геометрические размеры устройства рассчитываются для частоты, на которой происходит пересечение ветвей спиновых волн в конкретном магнетике. Изучение преобразования одного вида колебаний в другой представляет интерес для построения теории спиновых волн, а устройство совместно с конкретными .магнетиками может, в принципе, иметь практическое применение в технике СВЧ. Формула изобретения Устройство для исследования колебаний в магнитоупорядоченных кристаллах, включающее помещенные в постоянное магнитное поле приемный резонатор, соединенные с ним через отверстия связи передающий и приемный волноводы СВЧ поля, образец исследуемого магнетика в плоскости раздела между передающим волноводом и приемным резонатором, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности осуществления и наблюдения преобразования колебаний одной спиновой системы в колебания другой системы, плоскопараллельный цилиндрический образец исследуемого магнетика установлен в плоскости поворотной диафрагмы плоскостями параллельно дну резонатора, а ось магнитной симметрии кристалла, направление постоянного магнитного поля и магнитная составляющая СВЧ поля совмещены с плоскостью вращения поворотной диафрагмы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Lewist R. В., Carver Т. R. Spin transmission resonance: theory and experimental results in lithium metal. «PhYS.Rev., 1967, 155, № 2 (прототип).