ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ
ВСТУП
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
1. Магнітостатичні хвилі в феромагнітних діелектриках
1. Методи розв'язання спектральних задач для магнітостатичних резонаторів
1. Методики дослідження магнітних збуджень в феромагнетиках
1. Висновки до першого
розділу
ПОВЕРХНЕВІ МАГНІТОСТАТИЧНІ КОЛИВАННЯ В ЕЛІПТИЧНИХ ОТВОРАХ ТА ЦИЛІНДРАХ
2. Модифікована еліптична система координат
2. Спектральна задача для еліптичного отвору
2.2. Постановка задачі і загальний розв'язок
2.2. Характеристичне рівняння
2.2. Власні типи магнітостатичних коливань в еліптичному отворі та
циліндрі
2.2. Розмагнічуючі коефіцієнти
2.2. Добротність еліптичного резонатора
2.2. Силові лінії магнітного поля
2. Порівняння теоретичних і експериментальних результатів
2.3. Плівкові резонатори ЗІГ. Еквівалентний еліпс
2.3. Магнітні збудження в наноструктурах. Межі застосовності
безобмінного магнітостатичного наближення
2.3. Інтерпретація результатів вимірювання спектрів спінових збуджень у нанодротах
2. Висновки до другого
розділу
ПОВЕРХНЕВІ МАГНІТОСТАТИЧНІ КОЛИВАННЯ У ФЕРИТОВИХ ТРУБКАХ ЕЛІПТИЧНОГО ПЕРЕРІЗУ
3. Постановка задачі. Метод прямого розв'язання рівнянь Максвелла
в магнітостатичному наближенні
3. Спектр власних частот і основні моди двочастотного резонатора.
Граничні випадки
3. Азимутальний потік енергії. Еліптичність коливань
3. Силові лінії магнітного поля
3. Інтерпретація спектрів магнітних резонансів тришарових структур
3.5. Тришарова наноструктура пермалой-мідь-пермалой
3.5. Тришарова наноструктура залізо-золото-залізо
3. Висновки до третього
розділу
ПОВЕРХНЕВІ МАГНІТОСТАТИЧНІ КОЛИВАННЯ В ЕЛІПТИЧНИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ МАГНІТНИХ ДОМЕНАХ
4. Теоретична модель та її аналіз
4. Теорія спектрів поверхневих магнітостатичних коливань в еліптичних циліндричних магнітних доменах у зразках скінченної товщини
4. Неруйнівна діагностика гексаферитових ЦМД-матеріалів міліметрового
діапазону методом еліптичного закритичного резонатора
4. Висновки до четвертого
розділу
ПАРАМЕТРИЧНЕ ЗБУДЖЕННЯ СПІНОВИХ ХВИЛЬ У НЕЛІНІЙНОМУ МАГНІТОСТАТИЧНОМУ РЕЗОНАТОРІ
5. Теорія параметричного збудження спінових хвиль за наявності трьох
видів анізотропії : кубічної, одновісної першого порядку та одновісної
другого порядку
5. Експериментальне дослідження нелінійної залежності
добротності магнітостатичного резонатора від потужності накачки в
умовах зрощування основного і параметричного резонансу
5.2. Методика та схема експерименту
5.2. Експериментальні результати. Порогова потужність параметричного збудження спінових хвиль
5.2. Визначення релаксаційних параметрів плівок залізо-ітрієвого гранату
5.2. Параметр нелінійності частотно-польової залежності
5. Висновки до п'ятого
розділу
ВИСНОВКИ
Додаток А Силові лінії магнітного поля власних резонансів у резонаторах еліптичного перерізу
А. Еліптичний отвір
А. Еліптична трубка
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ
МСХ магнітостатичні хвилі
МСК магнітостатичні коливання
ПМСК поверхневі магнітостатичні коливання
НВЧ надвисокі частоти
ПЗСХ параметричне збудження спінових хвиль
ЗІГ залізо-ітрієвий гранат
ГГГ галій-гадолінієвий гранат
СХ спінові хвилі
ПСК полярна система координат
МЕСК модифікована еліптична система координат
БРС бриллюенівське розсіювання світла
ЦМД циліндричні магнітні домени
ЕЦМД еліптичні циліндричні магнітні домени
ВСТУП
Теоретичні та експериментальні дослідження електродинамічних властивостей середовищ є актуальними задачами радіофізики. Зокрема, високочастотні властивості таких середовищ як магнітовпорядковані кристали цікаві, в першу чергу, завдяки тому, що в них можуть існувати спінові збудження (хвилі та коливання), дослідження яких становлять як фундаментальний, так і прикладний інтерес. Коло матеріалів, в яких можуть існувати такі збудження, в останній час розширюється за рахунок надрешіток, багатошарових та неоднорідних структур, у тому числі і наноструктур, до складу яких входить феромагнетик.
Властивості магнітовпорядкованих речовин дозволяють їм також виступати як середовище для нелінійних та параметричних явищ при взаємодії спінових хвиль між собою чи електромагнітними хвилями. Завдяки особливій залежності тензора магнітної проникності від частоти вони можуть бути складовою частиною метаматеріалів - штучних середовищ з незвичайними характеристиками.
Зокрема, у феромагнетиках, за певних умов, можуть поширюватися дипольні спінові хвилі, що отримали назву "магнітостатичні хвилі" (МСХ). Ці хвилі мають ряд властивостей, які суттєво відрізняють їх від звичайних електромагнітних хвиль. Перевагами МСХ відносно інших типів хвиль НВЧ-діапазону є: широкий діапазон частот (- ГГц), можливість електричної перебудови частоти шляхом зміни зовнішнього сталого магнітного поля, відносно низька групова швидкість, можливість керування дисперсією за рахунок зміни геометричних розмірів хвилеводу чи резонатора, невеликі втрати, прості способи збудження та реєстрації.
В сучасній мікроелектроніці прилади на МСХ чи магнітостатичних коливаннях (МСК) становлять інтерес завдяки своїм малим розмірам, сумісності з планарною технологією, можливостям керування характеристиками в широкому частотному діапазоні. Їх використовують для створення мініатюрних ліній затримки, фільтрів із заданими частотними характеристиками, підсилювачів НВЧ з низьким рівнем шумів, фазообертачів, поділювачів потужності, тощо. Серед приладів на основі нелінійних властивостей можна відзначити обмежувачі рівня надвисокочастотних сигналів та пристрої, що підвищують співвідношення сигнал/шум.
На характеристики приладів (особливо ліній затримки та фільтрів) суттєво впливає дисперсія МСК, і тому важливим є дослідження дисперсійних характеристик МСК у різних геометричних структурах. У випадку, коли частоти МСК залежать від геометричних параметрів, з'являється механізм формування дисперсійних характеристик шляхом вибору параметрів структур. Окрім дисперсії часто необхідно знати просторовий розподіл полів МСК, енергії і стан поляризації. Наприклад, для квантових парамагнітних підсилювачів принципово важливою є поляризація хвилі, що поширюється за межами фериту.
Для електродинаміки і техніки як НВЧ, так і оптичного діапазонів значний інтерес, зокрема, становлять еліптичні хвилеводи і резонатори, які займають проміжне положення між своїми аналогами круглого та прямокутного перерізу. В них, на відміну від круглої геометрії, знімається азимутальне виродження власних хвиль і коливань, фіксується поляризація, розширюється робочий частотний діапазон хвилеводів, розріджується спектр резонаторів.
Всебічне аналітичне дослідження резонатора у формі циліндра чи трубки еліптичного перерізу дозволить додати до класичних видів магнітостатичних резонаторів, для яких спектральна задача розв'язана точно (еліпсоїд обертання та круглий циліндр), нові типи резонаторів, що можуть використовуватися як модельні при розв'язку широкого класу теоретичних та експериментальних задач.
Перспективним матеріалом для виготовлення магнітостатичних резонаторів є епітаксійні плівки. За якістю ці плівки близькі до монокристалів, яким властиві найкращі релаксаційні параметри. Оскільки ці плівки досить поширені та технологія їх виготовлення добре освоєна, то дослідження дисперсійних характеристик та релаксаційних параметрів МСК становить особливий інтерес саме в таких плівках.
Мініатюризація магнітних запам'ятовуючих пристроїв та сенсорів викликає зростаючий інтерес до структурованих магнітних плівок. Прогрес, досягнутий у технологіях літографії, робить можливим виготовлення високоякісних магнітних структур із чітко контрольованими розмірами, таких як точки та дроти мікронного та субмікронного розмірів. Хоча статичні властивості таких об'єктів достатньо добре вивчені, їх високочастотні динамічні властивості зараз інтенсивно досліджуються. У випадку, коли розміри об'єкта стають співвимірними з довжиною спінової хвилі, відбуваються значні зміни у спектрах коливань внаслідок ефектів квантування. Дослідження спінових хвиль і коливань - це потужний метод вивчення динамічних властивостей як магнітних середовищ взагалі, так і просторово структурованих об'єктів зокрема.
Відомо, що, на відміну від порожнистих металевих та діелектричних резонаторів, у феритових резонаторах нелінійні властивості фериту призводять до параметричного збудження спінових хвиль (ПЗСХ). Це явище може обмежувати сферу їхнього застосування (оскільки ПЗСХ супроводжується зменшенням власної добротності резонатора) або, навпаки, лягти в основу нелінійного пристрою, наприклад, обмежувача потужності. Зокрема, при поперечній накачці параметричні процеси розпочинаються вже при відносно малих потужностях НВЧ поля. Дослідження порогових умов дозволяє створити підґрунтя для вибору: або уникати параметричних процесів там, де вони не потрібні, або, навпаки, створювати передумови для них там, де вони необхідні.
Особливий інтерес становить вивчення впливу магнітної кристалографічної анізотропії як на частотний спектр спінових хвиль, так і на нелінійні процеси у феромагнетику, зокрема, на поріг ПЗСХ. Необхідність коректного врахування анізотропії плівок також очевидна при підмагнічуючих полях одного порядку з полями анізотропії.
Найбільш поширені () плівки залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ) мають тригональну симетрію, і енергія анізотропії може бути представлена як сума кубічної анізотропії і одновісної анізотропії. Розвиваючи теорію параметричного збудження в напрямку одночасного врахування і кубічної, і одновісної анізотропій, маємо можливість поширити отримані результати на аналіз нелінійних явищ у феритах як з кубічною, так і одновісною анізотропією, і проводити коректні оцінки релаксаційних властивостей спінових хвиль, виходячи із порогової потужності ПЗСХ, яку зручно визначати експериментально.
Актуальність
- Київ+380960830922