Вышедшие номера
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. 2
1Московский 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.
  1. A.B. Shick, S. Khmelevskyi, O.N. Mryasov, J. Wunderlich, T. Jungwirth. Phys. Rev. B 81, 212409 (2010)
  2. A.H. MacDonald, M. Tsoi. Phil. Trans. Royal Soc. A 369, 3098 (2011)
  3. E.V. Gomonay, V.M. Loktev. Low Temp. Phys. 40, 17 (2014)
  4. T. Jungwirth, X. Marti, P. Wadley, J. Wunderlich. Nat. Nanotech. 11, 231 (2016)
  5. O. Gomonay, T. Jungwirth, J. Sinova. Phys. Stat. Sol. RRL. 11, 1700022 (2017)
  6. V. Baltz, A. Manchon, M. Tsoi, T. Moriyama, T. Ono, Y. Tserkovnyak. Rev. Mod. Phys. 90, 015005 (2018)
  7. А.Г. Гуревич, Г.А. Мелков. Магнитные колебания и волны. Наука, М. (1994)
  8. A.P. Guimaraaes. Principles of Nanomagnetism. Springer, Berlin Heidelberg (2009)
  9. Ю.Л. Райхер, В.И. Степанов. ЖЭТФ 134, 514 (2008)
  10. Q.A. Pankhurst, N.T.K. Thanh, S.K. Jones, J. Dobson. J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 224001 (2009)
  11. P. Nv emec, M. Fiebig, T. Kampfrath, A.V. Kimel. Nat. Phys. 14, 229 (2018)
  12. 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)
  13. A. Kirilyuk, A.V. Kimel, Th. Rasing. Rev. Mod. Phys. 82, 2731 (2010)
  14. 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)
  15. A. Pashkin, A. Sell, T. Kampfrath, R. Huber. New J. Phys. 15, 065003 (2013)
  16. A. Kimel, B. Ivanov, R. Pisarev, P.A. Usachev, A. Kirilyuk, Th. Rasing. Nature Phys. 5, 727 (2009)
  17. S. Wienholdt, D. Hinzke, U. Nowak. Phys. Rev. Lett. 108, 247207 (2012)
  18. M.-C. Ciornei, J.M. Rubi , J.-E. Wegrowe. Phys. Rev. B 83, 020410(R) (2011)
  19. J.-E. Wegrowe, M.-C. Ciornei. Amer. J. Phys. 80, 607 (2012)
  20. D. Bottcher, J. Henk. Phys. Rev. B 86, 020404(R) (2012)
  21. S. Giordano, P.-M. Dejardin. Phys. Rev. B 102, 214406 (2020)
  22. E. Olive, Y. Lansac, J.-E. Wegrowe. Appl. Phys. Lett. 100, 192407 (2012)
  23. S.V. Titov, W.J. Dowling, Yu.P. Kalmykov. J. Appl. Phys. 131, 193901 (2022)
  24. M. Cherkasskii, M. Farle, A. Semisalova. Phys. Rev. B 102, 184432 (2020)
  25. R. Mondal, L. Rozsa, M. Farle, P.M. Oppeneer, U. Nowak, M. Cherkasskii. J. Magn. Magn. Mater. 579, 170830 (2023)
  26. R. Mondal, S. Grob enbach, L. Rozsa, U. Nowak. Phys. Rev. B 103, 104404 (2021)
  27. С.В. Титов, А.С. Федоров, А.С. Титов, Н.В. Чукашев. Физика твердого тела, 67 (1), 145, (2025)
  28. A.M. Lomonosov, V.V. Temnov, J.-E. Wegrowe. Phys. Rev. B, 104, 054425 (2021)
  29. S.V. Titov, W.J. Dowling, Y.P. Kalmykov, M. Cherkasskii. Phys. Rev. B, 105, 214414 (2022)
  30. R. Mondal, L. Rozsa. Phys. Rev. B 106, 134422 (2022)
  31. 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)
  32. V. Unikandanunni, R. Medapalli, M. Asa, E. Albisetti, D. Petti, R. Bertacco, E.E. Fullerton, S. Bonetti. Phys. Rev. Lett. 129, 237201 (2022)
  33. D. Thonig, O. Eriksson, M. Pereiro. Sci. Rep. 7, 931 (2017)
  34. M. Fahnle, D. Steiauf, C. Illg. Phys. Rev. B 84, 172403 (2011)
  35. S. Bhattacharjee, L. Nordstrom, J. Fransson. Phys. Rev. Lett. 108, 057204 (2012)
  36. R. Mondal, M. Berritta, A.K. Nandy, P.M. Oppeneer. Phys. Rev. B 96, 024425 (2017)
  37. R. Mondal, M. Berritta, P.M. Oppeneer. J. Phys.: Condens. Matter 30, 265801 (2018)
  38. S.V. Titov, W.J. Dowling, A.S. Titov, A.S. Fedorov. AIP Advances, 14, 035216 (2024)
  39. Y.L. Raikher, V.I. Stepanov. Adv. Chem. Phys. 129, 419 (2004)
  40. T. Bitoh, K. Ohba, M. Takamatsu, T. Shirane, S. Chikazawa. J. Magn. Magn. Mater. 154, 59 (1996)
  41. P. Jonsson, T. Jonsson, J.L. Garci a-Palacios, P. Svedlindh. J. Magn. Magn. Mater. 222, 219 (2000)
  42. Y.L. Raikher, V.I. Stepanov, R. Perzynski. Physica B: Condensed Matter. 343, 262 (2004)
  43. Y.L. Raikher, V.I. Stepanov. J. Magn. Magn. Mater. 300, e311 (2006)
  44. 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)
  45. B. Ouari, S.V. Titov, H. El Mrabti, Yu.P. Kalmykov. J. Appl. Phys. 113, 053903 (2013)
  46. Yu.P. Kalmykov, S.V. Titov, W.T. Coffey, M. Zarifakis, W.J. Dowling. Phys. Rev. B 99, 184414 (2019)
  47. W.T. Coffey, Y.P. Kalmykov. The Langevin Equation. 4th edition. World Scientific. Singapore (2017)
  48. I. Klik, Y.D. Yao. J. Appl. Phys. 89, 7457 (2001)
  49. H. El Mrabti, P.M. Dejardin, S.V. Titov, Yu.P. Kalmykov. Phys. Rev. B 85, 094425 (2012)
  50. G.T. Landi. J. Appl. Phys. 111, 043901 (2012)
  51. G.T. Landi. J. Magn. Magn. Mater. 324, 466, (2012)
  52. N.A. Usov, Yu.B. Grebenshchikov. J. Appl. Phys. 106, 023917 (2009)
  53. N.A. Usov. J. Appl. Phys. 107, 123909 (2010)
  54. G. Bertotti, I.D. Mayergoyz, C. Serpico, M. d'Aquino, R. Bonin. J. Appl. Phys. 105, 07B712 (2009)
  55. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика. том 1. Механика, 4-е изд. Наука, М. (1988)
  56. Yu.P. Kalmykov, B. Ouari, S.V. Titov. J. Appl. Phys. 120, 053901 (2016).