Кіріспе

Магниттік материал арқылы таралатын толқын. Қатты дене физикасында спин толқыны – магниттік материалдың ішкі реттелуіндегі таралатын бұзылыс. Бұл төмен энергиялы ұжымдық қоздырулар үздіксіз симметрияға ие магниттік торларда пайда болады. Квазибөлшектердің баламалы көзқарасы бойынша, спин толқындары магнондар деп аталады, олар спин торының бозондық режимдері болып табылады және ядролық тордың фонондық қоздыруларына шамамен сәйкес келеді. Температураның артуымен спин толқындарының термиялық қоздыруы ферромагнетиктің спонтанды магниттелуін төмендеті. Спин толқындарының энергиясы әдетте бөлме температурасында және одан төменгі температураларда кездесетін типтік Кюри нүктелеріне сәйкес тек [[электрон вольт]] шамасында болады.

Эксперименттік байқау

Спин толқындары төрт тәжірибелік әдіс арқылы байқалады: нейтронның иілгіш шашырауы, жарықтың иілгіш шашырауы (Бриллуин шашырауы, Раман шашырауы және иілгіш рентген сәулесі шашырауы), электронның иілгіш шашырауы (спинге тәуелді электрон энергиясы жоғалту спектроскопиясы) және спин толқынының резонансы (ферромагниттік резонанс). Нейтронның иілгіш емес шашырауында магнонды оятушы нейтрон шоғының энергиясы жоғалады, әдетте шашырау векторының (немесе теңдестірілген импульс берудің), температураның және сыртқы магнит өрісінің функциясы ретінде өлшенеді. Нейтронның иілгіш шашырауының өлшемдері магнон үшін де, фонон үшін де дисперсиялық қисықты анықтай алады. Нейтрон шашырауының маңызды құрылғылары Ұлыбританияның Оксфордшир округіндегі ISIS нейтрон көзінде, Францияның Гренобль қаласындағы Лоэ-Ланжевен институтында, АҚШ-тың Теннесси штатындағы Oak Ridge ұлттық зертханасындағы Жоғары ағынды изотоп реакторында және АҚШ-тың Мэриленд штатындағы Ұлттық стандарттар және технология институтында орналасқан. Бриллуин шашырауы да магниттік материалдан шағылысқан немесе одан өткен фотонның энергия жоғалтуын өлшеуге ұқсас (әдетте, көрінетін ыңғайлы толқын ұзындығында). Бриллуин спектроскопиясы көбінесе таныс Раман шашырауына ұқсас, бірақ магнонның meV энергиясын анықтау үшін төменгі энергияны зерттейді және энергияны жоғары дәлдікпен ажыратуға мүмкіндік береді. Ферромагниттік (немесе антиферромагниттік) резонанс, магниттік материалға түсетін микротолқындардың спин толқындарымен жұтылуын өлшейді, әдетте бұрыш, температура және сыртқы өріс функциясы ретінде. Ферромагниттік резонанс – спин толқындарының дисперсиясына магнитокристалдық анизотропияның әсерін анықтауға ыңғайлы зертханалық әдіс. Германияның Галле қаласындағы Макс Планк микроқұрылымдық физика институтының бір тобы спиндік поляризацияланған электрон энергиясы жоғалту спектроскопиясын (SPEELS) қолдану арқылы өте жоғары энергиялы беттік магнондарды оятуға болатынын дәлелдеді. Бұл техника магнонның ультражұқа ферромагниттік пленкалардағы дисперсиясын зерттеуге мүмкіндік береді. Алғашқы тәжірибе 5 МЛ Fe пленкасы үшін жүргізілді. Импульстік ажыратымдылықпен магнон дисперсиясы 8 МЛ fcc Co пленкасы үшін Cu(001) және 8 МЛ hcp Co үшін W(110) бойынша зерттелді. Беттік Бриллуин аймағының шекарасындағы магнонның ең жоғары энергиясы 240 меВ құрады.

Практикалық маңызы

Магниттік-электрондық құрылғылар жоғары жиіліктерде жұмыс істегенде, спин толқындарының пайда болуы маңызды энергия жоғалту механизмі болуы мүмкін. Спин толқындарының туындауы микротолқындық құрылғыларда қолданылатын феррит компоненттерінің жолақ енін және, демек, Q сапа коэффициенттерін шектейді. Магниттік материалдың ең төменгі сипаттамалық спин толқыны жиілігінің кері шамасы, сол материалға негізделген құрылғының ауысу уақытын анықтайды.