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自旋波,是由序磁性(鐵磁、亞鐵磁、反鐵磁)體中相互作用的自旋體系由於各種激發作用引起的集體運動,稱為自旋波或磁振子。正如固體中相互作用的原子體系由於各種激發作用引起的集體運動,稱為點陣波(彈性波)或聲子一樣。早期,自旋波的概念曾用來精確解釋低溫下鐵磁體飽和磁化強度M S隨溫度上升而下降的規律。由大量具有未抵消自旋的原子組成的鐵磁體,在T=0K時,由於交換作用所有自旋平行排列(完全有序)。

1 自旋波 -自旋波

自旋波自旋波-內部結構模型圖

2 自旋波 -正文

  當T≠0K時,熱激發使鐵磁體中出現部分自旋的反向,而自旋間的相互作用使反向的自旋不固定在某些原子上,而是在自旋體系中傳播,形成自旋的集體運動。可以應用波動或准粒子來描述這種集體運動,分別稱為自旋波或磁振子。在不考慮自旋波之間相互作用的條件下,理論計算得到低溫下鐵磁體的飽和磁化強度隨溫度變化的較為精確的關係為

自旋波

這個自旋波律為許多實驗所證實,並成為確定交換積分的主要實驗方法之一。在將自旋波看成准粒子的磁振子體系時,這些磁振子具有能量啚ωk及動量啚kωk是相應的自旋波的(角)頻率,k是其波矢,h=2π啚是普朗克常數。序磁性體的自旋體系具有不同頻率ωk和不同波矢k)的自旋波或不同能量啚ωk和不同動量啚k的磁振子。 由這些自旋波或磁振子分別組成自旋波譜或稱磁振子譜。自旋波的頻率ωk與波矢k或波數k的函數關係稱為自旋波譜或頻散關係,在│k│很大的情形下,對於鐵磁體,ωkk2;對於反鐵磁體,ωkk
  自旋波除上述的熱激發外,還有其他的激發方法。例如,在鐵磁共振中,在均勻恆定磁場作用下,利用均勻的高頻磁場可激發k=0的自旋波(即一致進動),亦可在薄膜中激發一定波數k的自旋波駐波,稱為自旋波共振;利用非均勻的高頻磁場可激發k≠0的自旋波(即非一致進動),k大的自旋波稱為交換波;k小的自旋波稱為靜磁波;當k很小以至其波長與樣品線度相當時稱為靜磁模。在高功率鐵磁共振中,當微波功率超過某臨界值時,由於一致進動與自旋波的耦合,某種自旋波可被激發。此外利用光子或中子與磁振子的非彈性散射也可激發自旋波。
  自旋波的研究對於基礎研究和實際應用都有重要意義。例如:自旋波的熱激發是決定若干基本磁性隨溫度變化的重要因素;由材料中各種不均勻性引起的k=0和k≠0的自旋波之間的散射是決定鐵磁共振線寬的重要弛豫機制;利用鐵氧體中激發和傳播的靜磁波可製成多種在微波技術中有用的靜磁波器件(如延遲線、濾波器、信噪比增強器等)。
  研究自旋波的實驗方法是利用自旋波與其他物理現象或因素的相互作用,例如磁共振方法、光散射方法和中子散射方法等。
  參考書目
 郭貽誠編著:《鐵磁學》,高等教育出版社,北京,1965。
 李蔭遠、李國棟編:《鐵氧體物理學》,修訂版,科學出版社,北京,1978。
 J.H. Collins and F.A. Pizzarello,International Journal of Electronics, Vol. 34, p 319. 1973.

 

3 自旋波 -配圖

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