Диамагнитные домены (домены Кондона) (02.03.2009)

Автор: Егоров Валерий Семенович

На правах рукописи

ЕГОРОВ Валерий Семёнович

Диамагнитные домены (домены Кондона)

Специальность: 01.04.07 - физика конденсированного состояния.

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора физико-математических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в Институте сверхпроводимости и физики твердого тела РНЦ «Курчатовский институт».

Официальные оппоненты:

Д. ф.-м. наук Садиков Игорь Петрович (РНЦ «Курчатовский институт»)

Д. ф.-м. наук Минеев Владимир Петрович (ИТФ имени Ландау РАН)

Д. ф.-м. наук Белоусов Юрий Михайлович (МФТИ)

Ведущая организация: Институт физических проблем им. П.Л.Капицы РАН, Москва.

Защита состоится 00.00.08 года в 00 часов

на заседании специализированного совета при РНЦ «Курчатовский институт» по адресу: 123182, Москва, пл. академика Курчатова, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ «Курчатовский институт»

Автореферат разослан

Учёный секретарь

Специализированного совета Д 520.009.01

А.В.Мерзляков

В 1966 году Кондоном [1] была сформулирована идея возникновения диамагнитных доменов – расслоения металла на две фазы противоположной намагниченности в условиях сильного эффекта де Гааза – ван Альфена, которые называются также доменами Кондона. Через год образование таких доменов в серебре было подтверждено экспериментально Кондоном и Вальстедтом. Однако их попытки обнаружить домены в бериллии, где амплитуда дГвА значительно выше, чем в серебре, оказались безуспешными. В дальнейшем на протяжении почти 30-ти лет появлялись только теоретические работы различных авторов, посвящённые этому явлению, а экспериментальные результаты отсутствовали. Это способствовало неуклонному росту интереса к этому необычному явлению, и обусловило актуальность его экспериментального исследования. Большое количество вопросов относительно диамагнитных доменов, а именно универсальность этого явления в других металлах, структура доменов, область существования и т. д., могли получить ответ лишь экспериментальным путём. Это обозначило проблему, на решение которой была направлена данная диссертация.

Таким образом, целью настоящей диссертации явилось всестороннее экспериментальное исследование диамагнитных доменов (доменов Кондона) - нового и малоизученного ранее явления образования в металле при низкой температуре двух фаз с противоположной намагниченностью, обусловленного диамагнитным движением электронов в магнитном поле. В том числе:

- экспериментальная апробация успешности мюонного метода, предложенного ранее Ю. Белоусовым и В. Смилгой [8] для прямого обнаружения и исследования доменов Кондона;

- экспериментальная проверка гипотезы об универсальности эффекта образования диамагнитных доменов Кондона в металлах;

- получение экспериментальных данных относительно структуры диамагнитных доменов, их топологии и характерных размеров;

- установление прямой связи между магнитострикцией и механизмом тока намагничивания в доменной стенке;

- использование обнаруженного в процессе работы явления гистерезиса, возникающего при образовании доменов, для точного экспериментального определения фазовой диаграммы доменов Кондона.

В процессе выполнения поставленных задач использовались различные экспериментальные методы, а именно,

измерение частоты прецессии мюонов, или µSR-метод (muon spin rotation), для прямого обнаружения образования доменов Кондона,

использование микродатчиков Холла для выяснения доменной структуры и её размеров,

измерение магнитострикции в специальном дилатометре в условиях образования доменов,

измерения магнитной восприимчивости и более высоких гармоник при помощи модуляционных методов.

Измерения проводились в сверхпроводящих соленоидах, а также в сверхсильных магнитных полях резистивного магнита. Большое количество экспериментов были бы невозможны без тесного сотрудничества с коллективами лабораторий других институтов. Это институт имени Пауля Шеррера (Виллиген, Швейцария) и Лаборатория Сильных Магнитных Полей (Гренобль, Франция).

Проведенные в рамках данной диссертации экспериментальные исследования привели к получению большого количества важных оригинальных результатов, в значительной степени способствующих решению сформулированной выше проблемы. Все основные результаты получены впервые, и этим определяется научная новизна данной диссертации.

1. Впервые использована техника ?SR для изучения диамагнитных доменов и впервые обнаружено возникновение доменов Кондона в бериллии, олове, свинце, индии и алюминии.

2. Впервые показано (на олове), что при достаточно низкой температуре домены возникают даже тогда, когда амплитуда эффекта дГвА значительно меньше величины периода. При этом расщепление ?В гораздо меньше полупериода, и значения индукции в диа- и парамагнитной фазах смещаются при изменении внешнего поля. (В бериллии и серебре они практически постоянны).

3. Проведены измерения доменной структуры на поверхности серебра и бериллия при помощи миниатюрных датчиков Холла. Впервые получены поперечные размеры доменной структуры в серебре при 10 Т. Размеры периода p?150 мкм и толщины доменной стенки w?20 мкм оказались гораздо больше, чем ожидалось в соответствии с существующей теорией. Величина обнаруженной неоднородности индукции ?В на поверхности практически совпала с таковой в объёме. В отношении бериллия, где ожидаемая величина ?В на порядок больше, чем в серебре, впервые внесена ясность, а именно установлено - домены Кондона существуют в бериллии только в глубине образца, а на поверхности отсутствуют.

4. Впервые измерена магнитострикция бериллия в условиях образования диамагнитных доменов. В результате впервые показано, что соседние фазы отличаются не только намагниченностью, но и противоположной деформацией решётки, и градиент плотности зарядов в доменной стенке обеспечивает в магнитном поле ток намагниченности, необходимый для разницы индукции в соседних фазах.

5. Впервые обнаружен гистерезис в эффекте дГвА в состоянии с диамагнитными доменами – в бериллии около 2 Гс и в серебре около 0,2 Гс. Вместе с тем впервые обнаружено кардинальное изменение сигнала отклика в стандартном модуляционном методе измерения восприимчивости, в том числе резкий рост 3-й гармоники, при переходе в доменное состояние. Это впервые использовано для точного экспериментального нахождения фазовой диаграммы доменов Кондона в серебре вплоть до 28 Т и в бериллии во всей области полей до 1,3 К.


загрузка...