Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

вектора магнитного потока, а активную составляющую ia полного тока выражают через проекцию его на направление, противоположное э.д.с. во вторичной цепи Е2. Магнитную индукцию исследуемого образца рассчитывают по формуле (6.38). Так как напряженность магнитного поля представляется в комплексном виде, то действительную и мнимую части вектора напряженности магнитного поля записывают в виде

Рис. 6.12. Схема установки с потенциометром переменноготока:

О – исследуемый образец; W1 – намагничивающая обмотка; W2 – измерительная обмотка; Т – трансформатор; I, II, III – обмотки трансформатора тока; АТ – автотрансформатор

323

где l - длина средней магнитной линии образца, i - реактивная составляющая полного тока, ia - активная составляющая полного тока.

Комплексную магнитную проницаемость определяют по формуле

Ошибки при определении магнитных характеристик потенциометрическим методом составляют около 3 %.

6.5.2.4. Измерение магнитной проницаемости

ипотерь на частотах 50 кГц — 10 МГц

Вобласти высоких частот для измерения магнитной проницаемости используют резонансный метод, принципиальная схема которого изображена на рис. 6.13.

324

измеряемой величине индуктивности Lх. Наличие собственной емкости Ср позволяет применять рассматриваемый метод только для определенных значений частот. Кроме того, этот метод может быть применен для исследования материалов с небольшими потерями, чтобы резонансная кривая не была плоской. Следует также иметь в виду, что на результаты измерения влияет собственная самоиндукция катушки и соединительных проводов.

6.6. Магнитооптические методы исследования ферромагнетиков

Каждая из представленных выше методик обладает не только определенным преимуществом, но и конкретными недостатками, которые не дают сведений об электронной структуре исследуемых магнитоупорядоченных материалов. Указанными недостатками не страдают магнитооптические методы (МО). Более того, МО методы будто бы "придуманы" для исследований физических свойств таких материалов.

Современная магнитооптика - раздел физики, сформированный на стыке двух наук: физической оптики и физики магнитных явлений, изучающий взаимодействие света с намагниченным или магнитоупорядоченным веществом. В результате спектральных, полевых и температурных зависимостей МО исследований решаются фундаментальные задачи, касающиеся связи магнитоупорядо-ченного твердого тела с оптическими явлениями, и конкретнее, определения природы и механизмов поглощения света магнитоконцентрированными кристаллами, анизотропии оптических свойств кристалла, помещенного во внешнее магнитное поле; восстанавливаются спектры электронных энергетических состояний в ферромагнетиках, связывающие энергию квазичастиц с их импульсом; выявляются виды магнитных взаимодействий и типы магнитных структур, а также магнитных фазовых превращений "поверхностного" магнетизма и т.д.

327

Решение этих вопросов, а также многих неназванных, важны не только в чисто научном плане. В них заключена также научная основа для практических приложений и, в первую очередь, для конструирования материалов с заданными магнитными и МО параметрами, для разнообразных применений материалов в современных элементах магнитной памяти и интегральной оптики, в качестве управляющих элементов оптических трактов и магнитооптических устройств, в лазерной технике и т.п.

Оптические и МО методы являются наиболее простыми, эффективными и информативными. МО методы обладают рядом достоинств, главное из которых состоит в том, что в отличие от оптических они чувствительны к знаку спина, что позволяет выделить: к какой спиновой зоне относится данный оптический переход. Большие возможности магнитооптической спектроскопии связаны с тем, что наиболее важные межзонные интервалы, интервалы между отдельными уровнями и их компонентами, энергии обменного и спин-орбитального расщепления энергетических зон ферромагнетика попадают в оптическую область спектра. МО методам присуща уникальная особенность - это, в принципе, динамические методики, которые несут отклик электронной системы на модуляцию вектора спонтанной намагниченности, что обеспечивает высокую чувствительность, характерную для всех дифференциальных методик. Эти методы, несмотря на долгую жизнь, продолжают совершенствоваться как в методическом отношении, так и в чисто научном плане. В подавляющем большинстве случаев, однако, целенаправленно проводимые эксперименты в идейном отношении не являются принципиально новыми, но их широкое использование в исследованиях, а также быстрый рост числа соответствующих публикаций свидетельствует о том, что МО методы и основанные на их принципах устройства, установки и приборы стали неотъемлемыми рабочими инструментами физики твердого тела.

328

6.6.1. Электромагнитные волны в среде

Рассмотрение магнитооптических явлений в веществе начнем с необходимых напоминаний, касающихся природы и свойств электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн. Этот диапазон с условными границами от частот3 1012 Гц до 3 1018 Гц включает три более коротких интервала: инфракрасное излучение в диапазоне длин волн

В дальнейшем нас будут интересовать главным образом световые электромагнитные волны, и поэтому характеристики интервалов их "существования" представлены и в длинах волн, и в частотах, и в энергиях. Взятое в кавычки слово существование следует понимать не только в смысле указания их интервалов, но и в том, что электромагнитные волны существуют как самоподдерживающийся процесс возникновения и распространения в пространстве быстропеременных электрического и магнитного полей, являющихся функцией частоты:

329

и граничными условиями,— это система уравнений Максвелла

для материальных сред. D – вектор электрического смещения, среды, – электропроводность.

330