Спиновые волны

Спи́новые во́лны — волны намагниченности в ферро-, антиферро- и ферримагнитных материалах с большими волновыми числами. Впервые были предсказаны Феликсом Блохом для ферромагнетиков в 1930 году^[1]. В отличие от магнитостатических волн, при изучении распространения спиновых волн является важным учёт не только магнитостатического, но и обменного взаимодействия. Согласно принципу корпускулярно-волнового дуализма им соответствуют квазичастицы магноны.

Прецессия магнитных моментов в спиновой волне

Применение

Спиновые волны применяются для создания линий задержек и фильтров СВЧ диапазона. В последнее время большой интерес к спиновым волнам вызван развитием новой области физики конденсированного состояния —магноники, в рамках которой исследователи стремятся создать КМОП-комплиментарные устройства обработки информационного сигнала.

Классическая теория спиновых волн

Спиновые волны рассматриваются как волны намагниченности в непрерывной среде с постоянной намагниченностью. Уравнение движение намагниченности имеет вид:${\displaystyle {\frac {dM}{dt}}=-\gamma {M}\times H_{eff}+R}$, где ${\displaystyle \gamma }$ — магнитомеханическое отношение, ${\displaystyle R}$ — диссипативный член, учитывающий потери энергии, ${\displaystyle H_{eff}}$ — эффективное поле.^[2]. В случае бесконечного изотропного ферромагнетика, намагниченного до состояния насыщения постоянным однородным полем ${\displaystyle H_{0}}$ в результате решения уравнения Максвелла в магнитостатическом приближении получается дисперсионное соотношение:${\displaystyle w^{2}=(w_{H}+\eta {k^{2}})(w_{H}+\eta {k^{2}}+w_{M}\sin ^{2}\theta _{k})}$, где ${\displaystyle w_{M}=\gamma 4\pi {M_{0}}}$, а ${\displaystyle \theta _{k}}$ — угол между направлением распространения спиновой волны и постоянной намагниченностью ${\displaystyle M_{0}}$

Квантовая теория спиновых волн

Для неметаллических ферромагнетиков используется модель Гейзенберга, представляющая собой решетку спиновых магнитных моментов, связанных между собой обменным взаимодействием.^[3] На этой модели получен квадратичный закон дисперсии ${\displaystyle \epsilon =\hbar \eta k^{2}}$^[1].