Нелинейная инерционная динамика намагниченности антиферромагнетиков и динамический магнитный гистерезис
Российский научный фонд, 25-22-00119
Титов А.С.
1, Чукашев Н.В.
1, Титов С.В.
21Московский физико-технический институт (Государственный университет), Долгопрудный, Московская обл., Россия
2Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Россия

Email: titov.as@phystech.edu
Поступила в редакцию: 23 июля 2025 г.
В окончательной редакции: 20 августа 2025 г.
Принята к печати: 30 августа 2025 г.
Выставление онлайн: 21 октября 2025 г.
Исследован нелинейный отклик намагниченности антиферромагнитных наночастиц, находящихся под действием переменного магнитного поля крайне высокой частоты. Рассмотрен случай одноосной магнитной анизотропии подрешеток антиферромагнетиков с наложенным вдоль легкой оси внешним постоянным полем. Решение инерционного уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта методом последовательных приближений позволило получить аналитические выражения для компонент тензора нелинейной магнитной восприимчивости второго и третьего порядков. Рассчитан динамический магнитный гистерезис на крайне высоких частотах в области нутационного резонанса. Показано, что как нелинейная восприимчивость, так и форма петли гистерезиса в THz области частот существенно зависят от частоты переменного поля, а также от времени инерционной релаксации. Продемонстрировано, что такие нелинейные эффекты, как удвоение частоты и появление слабых субгармонических резонансных пиков, наблюдающихся в частотной области антиферромагнитного резонанса, воспроизводятся и в области нутационного резонанса. Ключевые слова: антиферромагнетик, нутационный резонанс, антиферромагнитный резонанс, уравнение Ландау-Лифшица-Гильберта, инерционность намагниченности, одноосная магнитная анизотропия, нелинейная восприимчивость, динамический магнитный гистерезис.
- A.B. Shick, S. Khmelevskyi, O.N. Mryasov, J. Wunderlich, T. Jungwirth. Phys. Rev. B 81, 212409 (2010)
- A.H. MacDonald, M. Tsoi. Phil. Trans. Royal Soc. A 369, 3098 (2011)
- E.V. Gomonay, V.M. Loktev. Low Temp. Phys. 40, 17 (2014)
- T. Jungwirth, X. Marti, P. Wadley, J. Wunderlich. Nat. Nanotech. 11, 231 (2016)
- O. Gomonay, T. Jungwirth, J. Sinova. Phys. Stat. Sol. RRL. 11, 1700022 (2017)
- V. Baltz, A. Manchon, M. Tsoi, T. Moriyama, T. Ono, Y. Tserkovnyak. Rev. Mod. Phys. 90, 015005 (2018)
- А.Г. Гуревич, Г.А. Мелков. Магнитные колебания и волны. Наука, М. (1994)
- A.P. Guimaraaes. Principles of Nanomagnetism. Springer, Berlin Heidelberg (2009)
- Ю.Л. Райхер, В.И. Степанов. ЖЭТФ 134, 514 (2008)
- Q.A. Pankhurst, N.T.K. Thanh, S.K. Jones, J. Dobson. J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 224001 (2009)
- P. Nv emec, M. Fiebig, T. Kampfrath, A.V. Kimel. Nat. Phys. 14, 229 (2018)
- P. Wadley, B. Howells, J. Zelezny, C. Andrews, V. Hills, R.P. Campion, V. Novak, F. Freimuth, Y. Mokrousov, A.W. Rushforth, K.W. Edmonds, B.L. Gallagher, T. Jungwirth. Science 351, 587 (2016)
- A. Kirilyuk, A.V. Kimel, Th. Rasing. Rev. Mod. Phys. 82, 2731 (2010)
- T. Kampfrath, A. Sell, G. Klatt, A. Pashkin, S.F. Mahrlein, T. Dekorsy, M. Wolf, M. Fiebig, A. Leitenstorfer, R. Huberet. Nat. Photon. 5, 31 (2011)
- A. Pashkin, A. Sell, T. Kampfrath, R. Huber. New J. Phys. 15, 065003 (2013)
- A. Kimel, B. Ivanov, R. Pisarev, P.A. Usachev, A. Kirilyuk, Th. Rasing. Nature Phys. 5, 727 (2009)
- S. Wienholdt, D. Hinzke, U. Nowak. Phys. Rev. Lett. 108, 247207 (2012)
- M.-C. Ciornei, J.M. Rubi , J.-E. Wegrowe. Phys. Rev. B 83, 020410(R) (2011)
- J.-E. Wegrowe, M.-C. Ciornei. Amer. J. Phys. 80, 607 (2012)
- D. Bottcher, J. Henk. Phys. Rev. B 86, 020404(R) (2012)
- S. Giordano, P.-M. Dejardin. Phys. Rev. B 102, 214406 (2020)
- E. Olive, Y. Lansac, J.-E. Wegrowe. Appl. Phys. Lett. 100, 192407 (2012)
- S.V. Titov, W.J. Dowling, Yu.P. Kalmykov. J. Appl. Phys. 131, 193901 (2022)
- M. Cherkasskii, M. Farle, A. Semisalova. Phys. Rev. B 102, 184432 (2020)
- R. Mondal, L. Rozsa, M. Farle, P.M. Oppeneer, U. Nowak, M. Cherkasskii. J. Magn. Magn. Mater. 579, 170830 (2023)
- R. Mondal, S. Grob enbach, L. Rozsa, U. Nowak. Phys. Rev. B 103, 104404 (2021)
- С.В. Титов, А.С. Федоров, А.С. Титов, Н.В. Чукашев. Физика твердого тела, 67 (1), 145, (2025)
- A.M. Lomonosov, V.V. Temnov, J.-E. Wegrowe. Phys. Rev. B, 104, 054425 (2021)
- S.V. Titov, W.J. Dowling, Y.P. Kalmykov, M. Cherkasskii. Phys. Rev. B, 105, 214414 (2022)
- R. Mondal, L. Rozsa. Phys. Rev. B 106, 134422 (2022)
- K. Neeraj, N. Awari, S. Kovalev, D. Polley, N.Z. Hagstrom, S. Arekapudi, A. Semisalova, K. Lenz, B. Green, J.-C. Deinert, I. Ilyakov, M. Chen, M. Bawatna, V. Scalera, M. d'Aquino, C. Serpico, O. Hellwig, J.-E. Wegrowe, M. Gensch, S. Bonetti. Nat. Phys. 17, 245 (2021)
- V. Unikandanunni, R. Medapalli, M. Asa, E. Albisetti, D. Petti, R. Bertacco, E.E. Fullerton, S. Bonetti. Phys. Rev. Lett. 129, 237201 (2022)
- D. Thonig, O. Eriksson, M. Pereiro. Sci. Rep. 7, 931 (2017)
- M. Fahnle, D. Steiauf, C. Illg. Phys. Rev. B 84, 172403 (2011)
- S. Bhattacharjee, L. Nordstrom, J. Fransson. Phys. Rev. Lett. 108, 057204 (2012)
- R. Mondal, M. Berritta, A.K. Nandy, P.M. Oppeneer. Phys. Rev. B 96, 024425 (2017)
- R. Mondal, M. Berritta, P.M. Oppeneer. J. Phys.: Condens. Matter 30, 265801 (2018)
- S.V. Titov, W.J. Dowling, A.S. Titov, A.S. Fedorov. AIP Advances, 14, 035216 (2024)
- Y.L. Raikher, V.I. Stepanov. Adv. Chem. Phys. 129, 419 (2004)
- T. Bitoh, K. Ohba, M. Takamatsu, T. Shirane, S. Chikazawa. J. Magn. Magn. Mater. 154, 59 (1996)
- P. Jonsson, T. Jonsson, J.L. Garci a-Palacios, P. Svedlindh. J. Magn. Magn. Mater. 222, 219 (2000)
- Y.L. Raikher, V.I. Stepanov, R. Perzynski. Physica B: Condensed Matter. 343, 262 (2004)
- Y.L. Raikher, V.I. Stepanov. J. Magn. Magn. Mater. 300, e311 (2006)
- P.M. Dejardin, Y.P. Kalmykov, B.E. Kashevsky, H.El. Mrabti, I.S. Poperechny, Y.L. Raikher, S.V. Titov. J. Appl. Phys. 107, 073914 (2010)
- B. Ouari, S.V. Titov, H. El Mrabti, Yu.P. Kalmykov. J. Appl. Phys. 113, 053903 (2013)
- Yu.P. Kalmykov, S.V. Titov, W.T. Coffey, M. Zarifakis, W.J. Dowling. Phys. Rev. B 99, 184414 (2019)
- W.T. Coffey, Y.P. Kalmykov. The Langevin Equation. 4th edition. World Scientific. Singapore (2017)
- I. Klik, Y.D. Yao. J. Appl. Phys. 89, 7457 (2001)
- H. El Mrabti, P.M. Dejardin, S.V. Titov, Yu.P. Kalmykov. Phys. Rev. B 85, 094425 (2012)
- G.T. Landi. J. Appl. Phys. 111, 043901 (2012)
- G.T. Landi. J. Magn. Magn. Mater. 324, 466, (2012)
- N.A. Usov, Yu.B. Grebenshchikov. J. Appl. Phys. 106, 023917 (2009)
- N.A. Usov. J. Appl. Phys. 107, 123909 (2010)
- G. Bertotti, I.D. Mayergoyz, C. Serpico, M. d'Aquino, R. Bonin. J. Appl. Phys. 105, 07B712 (2009)
- Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика. том 1. Механика, 4-е изд. Наука, М. (1988)
- Yu.P. Kalmykov, B. Ouari, S.V. Titov. J. Appl. Phys. 120, 053901 (2016).