К теории высокочастотных свойств сегнетоферромагнетика с "незамороженным" орбитальным моментом

Abstract

Рассмотрены элементарные возбуждения одноосного сегнетоферромагнетика со слабо «незамороженным» орбитальным моментом. Магнитная подсистема описывается спиновым и орбитальным магнитными моментами иона, связанными слабым спин-орбитальным взаимодействием. Рассмотрен спектр магнитных и сегнетоэлектрических возбуждений в магнитном поле, параллельном и перпендикулярном легкой оси. Показано, что различная зависимость спинового и орбитального магнитных моментов от магнитного поля, перпендикулярного спонтанной намагниченности, приводит к кроссоверу спиновой и орбитальной ветвей и к щели в спектре ферромагнитного резонанса. Рассчитан вклад орбитальных возбуждений в полный магнитный момент, который имеет иную температурную зависимость, чем вклад спиновых волн.

Полученные результаты применимы также к системам с двумя группами магнитных ионов, в одной из которых магнитный момент имеет чисто спиновую природу, а во второй — спиновую и орбитальную. В этом случае слабое взаимодействие между магнитными моментами этих групп является не спин-орбитальным, а обменным.

Розглянуто елементарні збудження одновісного сегнетоферомагнетика, орбітальний момент якого слабо «незаморожено». Магнітну підсистему описано спіновим і орбітальним магнітними моментами іона, які зв’язані слабкою спін-орбітальною взаємодією. Розраховано спектр магнітних і сегнетоелектричних збуджень у магнітному полі, орієнтованому вздовж та поперек легкої вісі. Показано, що різні залежності спінового та орбітального магнітних моментів від магнітного поля, перпендикулярного спонтанній намагніченості, приводять до кросовера спінової та орбітальної гілок та до щілини у спектрі феромагнітного резонансу. Розраховано внесок орбітальних збуждень до полного магнітного моменту, який має іншу температурну залежність, ніж спіновий.

Знайдені результати застосовуються і в системах з двома групами магнітних іонів, магнітний момент одної з яких має спінове походження, а другої — спінове і орбітальне. У цьому випадку слабка взаємодія між магнітними моментами цих груп є обмінною, а не спін-орбітальною.

The elementary excitations of an uniaxial ferroelectric-ferromagnetic material with a weak «nonfrozen» orbital moment are studied. The magnetic subsystem is described by two moments, these being spin and orbital magnetic moments of a ion connected by a spin-orbital interaction. The spectrum of magnetic and ferroelectric excitations is studied in magnetic fields parallel and perpendicular to the easy axis. It is shown that the distinct dependence of the spin and orbital magnetic moments on a magnetic field perpendicular to spontaneous magnetization is responsible for a crossover of the spin and orbital branches and a split in the spectrum of ferromagnetic resonance. The contribution of the orbital excitations to total magnetic moment is calculated. This contribution has a temperature dependence different from that of the spin waves.

The obtained results can be also applied to systems with two groups of magnetic ions. In this case the magnetic moment on one of the groups is of a spin nature, and, in the other is of spin and orbital characters. The weak interaction between the magnetic moments of the groups is of an exchange rather than a spin-orbital nature.