Магнитоакустические эффекты в FeBO3

МАГНИТОАКУСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В FeBÜ3 А.Р.БУЛАТОВ, А.В.ГОЛЕНИЩЕВ-КУТУЗОВ, Р.Н.ХИЗБУЛЛИН

Казанский государственный энергетический университет

В FeBO3 обнаружена необычная зависимость интенсивности сигнала ядерной магнитной индукции Jn от величины постоянного магнитного поля (Н). Предложена модель сглаживания осцилляций Jn(H) при малых Н, основанная на существовании наведенной магнитоупругой анизотропии в базисной плоскости кристалла FeBO3, которая обеспечивает необходимую неоднородность магнитной восприимчивости в образце.

В устройствах нового поколения функциональной электроники все более широко стали применяться различные магнитоупорядоченные среды и разнообразные магнитоэлектронные эффекты, что привело к развитию новых направлений функциональной магнитоэлектроники и магнитоакустики [1]. Одним из перспективных материалов в этом направлении является борат железа FeBO3, обладающий сильным магнитоупругим взаимодействием. Это взаимодействие может быть использовано для эффективного преобразования электромагнитных волн в акустические волны, их усиления и преобразования сигналов, особенно в резонансных условиях.

Для исследования тонких эффектов, связанных с микроскопической структурой и взаимодействиями в электронной, ядерной и упругой подсистемах, наиболее пригоден ядерный магнитный резонанс (ЯМР) [2,3]. Данная работа посвящена изучению с помощью ЯМР взаимодействий в борате железа, что необходимо для возможных применений этого материала в магнитоакустике и магнитоэлектронике.

Исследовался сигнал свободной индукции ядер 37Fe после воздействия на образец FeBO3 импульса переменного магнитного поля h(t) резонансной частоты vn с длительностью ти = 2цл. Максимальная мощность импульса составляла

5*102 W и ослаблялась внешним аттенюатором до 40 dB с шагом 1 dB. Измерения проводились на спектрометре ЯМР СХР-100 «Bruker» на частоте v=75,395 MHz при Т=4,2 К. В экспериментах H1 и Н находились в «легкой» плоскости намагничения, при этом H1 .1 Н. Было обнаружено, что поведение сигнала свободной индукции и, соответственно, его спектра, сильно зависит от мощности импульса радиочастотного (РЧ) поля Prf. При малых Prf (ослабление AP > 25 dB) спектр сигнала свободной индукции представляет собой узкую линию с шириной 8v = 3 kHz, которая наблюдается только в полях Н ^ Ое [2]. При больших Prf ( ДР < 25 dB) сигнал свободной индукции и его спектр обладают совершенно другими свойствами.

Одно из них связано с зависимостью интенсивности сигнала свободной индукции I от времени t. Если при малых Prf функция f(t) экспоненциально

убывает с постоянной спада T2* = 1/ Sv = 300 цл (кривая при ДР = 30 dB, Н = 20 Ое

приведена на вставке к рис.1), то при больших Prf на зависимости I(t) появляются

биения и кривая спада не аппроксимируется одной экспонентой.

© А. Р. Булатов, А. В. Голенищев-Кутузов, Р.Н. Хизбуллин Проблемы энергетики, 2005, № 9-10

Рис. 1. Спад сигнала свободной индукции I

На рис.2 приведены экспериментальные кривые I(t), полученные при ослаблении ДР = 2 dB в поле #=500 Ое. Биения I(t)) обусловлены стоячими акустическими волнами, механизм возбуждения которых обсуждался в работах [2,3]. Спад амплитуды этой части сигнала (Т2я = 20 ц?) соответствует ширине линии акустического размерного резонанса 8га = 50 kHz, а период биений определяется расщеплением в спектре стоячих акустических волн Ага = 100 kHz. Оставшаяся гладкая часть I (t), которую мы будем обозначать как In (t), связана с возбуждением ядерных спинов. Она описывается экспоненциальной кривой с

постоянной спада Т* ~ 80 ц?, что соответствует ширине линии ЯМР 57Fe 5v ~ 13 kHz.

Рис. 2. Зависимость интенсивности ССИ от величины постоянного магнитного поля Н при разных мощностях РЧ-импульса: АР = 0 (а), 2 (й), 4 иБ (с). Точки - эксперимент, линии 1-3 -

теоретические кривые

© Проблемы энергетики, 2005, № 9-10

Summary

An unusual dependence of the intensity Jn of the nuclear magnetic induction signal on the static magnetic field H has been observed in FeBO3. To ensure the required nonuniformity of the magnetic susceptibility in the crystal it is proposed to smooth out the Jn(H) oscillations at small H, by a model based on the existence of an induced magnetoelastic anisotropy in the basal plane of the FeBO3 crystal.

Литература

1. Щука А.А. Функциональная электроника. -М.: МИРЭА, 1998.

2. Куркин М.И., Туров Е.А. ЯМР в магнитоупорядоченных веществах и его применения.- М.: Наука, 1990.- 248 с.

3. Ожогин В.И., Преображенский В.Л. Ангармонизм смешанных мод и гигантская акустическая нелинейность антиферромагнетиков // УФН.- 1988.- Т. 155.- № 4.- С. 593-621.

Поступила 01.09.2005

© Проблемы энергетики, 2005, № 9-10