Магнитоупругость и доменная структура в антиферромагнитных кристаллах дигалидов группы железа

Abstract

Исследуется формирование антиферромагнитных магнитоупругих доменов в легкоплоскостных антиферромагнетиках дигалидов группы железа, в которых бесконечнократное вырождение пространственной ориентации вектора антиферромагнетизма в базисной плоскости снимается за счет спонтанной магнитострикции. Домены в рассматриваемых кристаллах отличаются друг от друга не только направлениями вектора антиферромагнетизма L, а и связанными с ним направлениями главных осей спонтанной магнитострикционной деформации. При этом система антиферромагнитных доменов оказывается тождественной системе упругих доменов. Показано, что процессы намагничивания и вынужденной стрикции в магнитном поле в многодоменном антиферромагнитном состоянии взаимосогласованы. Приведены и проанализированы данные полевых зависимостей вынужденной магнитострикции в многодоменном состоянии легкоплоскостных антиферромагнетиков СoCl₂ и NiCl₂. Показано, что хотя магнитострикция в циклах введение–выведение магнитного поля включает как обратимый, так и необратимый вклады, обратимая составляющая стрикции является основной. Показано, что именно магнитоупруго-стриктирующие домены отвечают за обратимость (равновесность) многодоменного состояния. Проведено описание полевых зависимостей магнитострикции однородного и многодоменного состояний, а также поведения намагничивания кристаллов. Для описания перестройки многодоменного состояния использовано приближение о непрерывном распределении доменов по ориентациям их L вектора в легкой плоскости кристалла в отсутствие внешнего магнитного поля. Показано, что согласование упругих полей системы доменов и упругих полей дефектов способно обеспечить образование обратимого многодоменного состояния, то есть сделать это состояние энергетически выгодным. Результаты рассмотрения удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

Досліджено формування антиферомагнітних магнітопружних доменів у легкоплощинних антиферомагнетиках дигалідів групи заліза, в яких нескінченократне виродження просторової орієнтації вектора антиферомагнетизму в базисній площині знімається за рахунок спонтанної магнітострикції. Домени в розглянутих кристалах відрізняються один від одного не лише напрямками вектора антиферомагнетизму L, а й пов’язаними з ним напрямками головних осей спонтанної магнітострікціонної деформації. При цьому система антиферомагнітних доменів виявля ється тотожною системі пружних доменів. Показано, що процеси намагнічування й вимушено ї стрикції в магнітному полі у багатодоменному антиферомагнітному стані взаємоузгоджен і. Наведено й проаналізовано дані польових залежностей вимушеної магнітострикції в багатодоменному стані легкоплощинних антиферомагнетиків СoCl₂ і NiCl₂. Показано, що хоч магнітострикція в циклах введення–виведення магнітного поля включає як оборотний, так і необоротний внески, оборотна складова стрикції є основною. Показано, що саме магнітопружно стриктуючі домени відповідають за оборотність (рівноважність) багатодоменного стану. Проведено опис польових залежностей магнітострикції однорідного й багатодоменного станів, а також поведінки намагнічування кристалів. Для опису перебудови багатодоменного стану використовано наближення про безперервний розподіл доменів по орієнтаціях їхнього L вектора в легкій площині кристала під час відсутності зовнішнього магнітного поля. Показано, що узгодження пружних полів системи доменів і пружних полів дефектів здатне забезпечити утворення оборотного багатодоменного стану, тобто зробити цей стан енергетично вигідним. Результати розгляду задовільно погоджуються з експериментальними даними.

Formation of the antiferromagnetic magnetoelastic domains in the easy-plane antiferromagnets of an iron-group dihalides in which the infinite- fold degeneracy of the spatial orientation of an antiferromagnetizm vector L in a easy plane is removed due to spontaneous magnetostriction is investigated. Domains in considered crystals differ from each other not only directions of a vector L but also a directions of the main axes of spontaneous magnetostriction deformations, connected to the L. Thus the system of antiferromagnetic domains appears to identical system of elastic domains. It is shown that processes of magnetization and striction, which are forced by magnetic field in a multidomain antiferromagnetic state, are interconnected. The data of the forced magnetostriction field dependences in a multidomain state of the easy-plane antiferromagnets ÑoCl₂ and NiCl₂ are given and analyzed. It is shown that though magnetostriction in cycles of introducing– deducing of a magnetic field includes both the convertible and irreversible contributions, the main component is convertible one. It is shown that only domains with magnetoelastic striction are responsible for convertibility (equilibrium) of a multidomain state. The description of the magnetostriction field dependencies of homogeneous and multidomain states and also the behavior of magnetization of crystals in a magnetic field are carried out. For the description of rearrangement of a multidomain state the approximation of the continuous distribution of domains on orientations of their L vector in the easy plane of a crystal in absence of an external magnetic field is used. It is shown that the coordination of elastic fields of domain system and elastic fields of defects is capable to provide formation of a convertible multidomain state, that is to make this state energetically favourable. Results of consideration are well matched to experimental data.