авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Спиновые волны в слоистых структурах на основе слабоанизотропных пленок ферритов гранатов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФИЛИМОНОВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ В СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ СЛАБОАНИЗОТРОПНЫХ ПЛЕНОК ФЕРРИТОВ ГРАНАТОВ

01.04.11 – Физика магнитных явлений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

МОСКВА 2008 г.

Работа выполнена в Саратовском филиале Ордена Трудового Красного Знамени Института радиотехники и электроники РАН.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Попков А.Ф.

доктор физико-математических наук,

профессор Фетисов Ю.К.

доктор физико-математических наук,

профессор Шавров В.Г

Ведущая организация: Саратовский государственный университет им.

Н.Г.Чернышевского

Защита диссертации состоится «20» июня 2008 г., в «10-00» на заседании диссертационного совета Д 002.231.01 при Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 125009, Москва ГСП-9, ул. Моховая 11, корп.7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН

Автореферат разослан «____» _________________2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук,

профессор С.Н. Артеменко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На протяжении последних десятилетий сложился и сохраняется устойчивый интерес к исследованиям спиновых волн (СВ) в слоистых структурах на основе магнитоупорядоченных кристаллов. Это обусловлено, с одной стороны, перспективой практического использования СВ в различных устройствах твердотельной СВЧ-электроники, а с другой - уникальной совокупностью свойств СВ, приводящей к большому разнообразию физических эффектов, наблюдающихся при возбуждении, распространении и взаимодействии волн.

Свойствами спиновых волн можно управлять как с помощью выбора величины и направления внешнего подмагничивающего поля , так и за счет выбора параметров волноведущей среды, в качестве которой, как правило, используют пленки железоиттриевого граната (ЖИГ) на подложках гадолиний галлиевого граната (ГГГ) [1], феррошпинелей [2], гексаферритов [3] и ферромагнитных металлов [4], которые могут образовывать слоистые структуры с другими магнитными пленками [5], а также пленками полупроводников [6], высокотемпературных сверхпроводников [7], сегнетоэлектриков [8] и металлическими экранами [9]. Частота возбуждения и характер СВ определяются внутренним эффективным полем, вклад в которое наряду с внешним полем и полем размагничивания дают поля кристаллографической и ростовой анизотропии, неоднородный обмен и магнитострикция. В том случае, когда два последних вклада несущественны, перенос энергии в среде осуществляется за счет дальнодействующего диполь-дипольного взаимодействия и такие СВ принято называть магнитостатическими волнами (МСВ). Если обменное взаимодействие дает заметный вклад, то распространяющиеся вдоль волновода волны называют дипольно-обменными СВ [10]. Наконец, магнитострикция может приводить к взаимодействию СВ и упругих волн (УВ) и образованию на частотах фазового синхронизма магнитоупругих волн (МУВ) [11]. Поля размагничивания и магнитной анизотропии не меняют характер названных СВ, однако могут существенно влиять на их частоту. По этой причине пленки гексаферритов, обладающие значительным полем одноосной анизотропии, а также пленки ферромагнитных металлов, имеющие большую намагниченность, считаются перспективными для разработки устройств на СВ на диапазон частот > 20 ГГц [12]. Эпитаксиальные структуры ЖИГ/ГГГ и пленки феррошпинелей позволяют исследовать распространение МСВ в области частот 1-20 ГГц. Изучение свойств СВ на частотах ниже 1 ГГц (10-1000 МГц) практически не проводилось, поскольку наличие «внутренних» полей анизотропии не позволяет в большинстве случаев получить частоту возбуждения СВ существенно ниже 500-1000 МГц, не приводя при этом к формированию доменной структуры в пленке.



Между тем, задача освоения высокочастотного и нижнего СВЧ диапазонов (10-1000 МГц) является актуальной, поскольку при этом существенно расширяются возможности технических применений СВ. Кроме того, на низких частотах можно ожидать более яркого проявления тех эффектов, наблюдение которых затруднено на СВЧ, например магнитоупругого взаимодействия. Наконец сами слабоанизотропные магнитные материалы представляет определенный интерес, поскольку на их основе могут быть разработаны новые подходы к управлению характеристиками СВ.

Цель работы состояла в поиске слабоанизотропных пленок ферритов гранатов, обладающих малыми полями анизотропии и перспективных для использования в качестве волноводов СВ на частотах 10-1000 МГц; исследовании различных способов управления характеристиками спиновых волн в планарных слоистых структурах на основе слабоанизотропных пленок ферритов; изучении нелинейных явлений при распространении спиновых волн; в разработке методов диагностики параметров ферритовых пленок и новых методов измерения характеристик СВ, а также предложении новых устройств обработки информации СВЧ.

Научная новизна работы определяется положениями выносимыми на защиту:

1. Установлено, что ферритовые пленки /ГГГ (111) при степени замещения , намагниченности насыщения Гс и типичных для пленок чистого ЖИГ значениях параметра диссипации Э обладают полями одноосной Э и кубической Э анизотропии, константами магнитострикции и и характеризуются величиной постоянной неоднородного обмена . В таких пленках можно наблюдать распространение дипольных магнитостатических спиновых волн начиная с частот 10 МГц. При этом дисперсионные характеристики таких МСВ могут легко перестраиваться упругими напряжениями, а сами МСВ могут взаимодействовать с обменными и упругими волнами тонкопленочной структуры, что в условиях фазового синхронизма может приводить к возникновению аномальных участков в спектре и осцилляциям затухания, а в отсутствие такового - к радиационным потерям МСВ.

2. Спектр ПМСВ, распространяющихся в структурах феррит-проводник, с точностью не хуже 10% соответствует спектру ПМСВ либо в структуре феррит-идеальный металл, либо в изолированной пленке. ЭДС увлечения электронов в структуре феррит-полупроводник осциллирует на частотах резонансного взаимодействия МСВ с обменными модами или упругими модами структуры пленка-подложка. Вклад электронов в коэффициент связи МСВ и упругих волн, а также лэмбовских и сдвиговых волн, может приводить к появлению существенной мнимой части, что проявляется в расталкивании частотных зависимостей декрементов взаимодействующих волн.

3. В двухслойных ферритовых структурах можно эффективно управлять дисперсией и затуханием МСВ при изменении взаимной ориентации эквивалентных кристаллографических осей, направления внешнего магнитного поля и величины межслойного обмена.

4. В ферритовых пленках параметрические спиновые волны (ПСВ) могут существенно менять дисперсию и затухание МСВ и условия ее резонансного взаимодействия с упругими волнами Рэлея. Слабый дополнительный сигнал в условиях трехмагнонных распадов ПМСВ может заметно менять распределение ПСВ по спектру пленки и приводить к эффекту усиления вторичных ПМСВ. Вторичные ПМСВ могут образовываться в результате беспороговых процессов слияния двух ПСВ, одна из которых отвечает вырожденному, а другая - невырожденному трехмагнонным распадам ПМСВ накачки.

5. При уровнях надкритичности накачки 1-10 дБ в спектре сигнала МСВ, распространяющихся в касательно намагниченной пленке в условиях трехмагнонных распадов, рождаются сателлиты с частотами 10-1000 кГц, которые не связаны с геометрическими размерами пленки или протяженностью неравновесного участка пленки. При достаточно большой надкритичности МСВ в пленке происходит рождение шумового сигнала, причем в условиях трехмагнонных распадов это обусловлено кинетической неустойчивостью в системе параметрических спиновых волн, а в условиях четырехмагнонного распада – может также явиться результатом развития динамического хаоса через разрушение двухчастотного квазипериодического движения и удвоение периода.

6. Распространение (взаимодействие) импульсов СВЧ в структурах феррит-диэлектрик-металл (ФДМ) на частотах существования МСВ существенно определяется дисперсионными и нелинейными эффектами и выбором местоположения выходного преобразователя (области взаимодействия импульсов) относительно неравновесного участка пленки. В условиях трехмагнонного распада, на выходном преобразователе, расположенном за неравновесным участком, формируется эхо-импульс, вызванный слиянием параметрических СВ и "отключением" механизма нелинейного затухания СВ на неравновесном участке. Четырехмагнонные процессы в ФДМ структуре приводят к самовоздействию импульсов ПМСВ лишь при длительности меньшей времени развития параметрической неустойчивости.

7. В рамках модели, основанной на нестационарном нелинейном уравнении Шредингера с диссипативным членом, удается получить качественное совпадение результатов численного и экспериментального исследований эффектов самовоздействия импульсов ПМСВ в структуре ФДМ.

Практическая значимость работы состоит в исследовании свойств слабоанизотропных эпитаксиальных ферритовых структур /ГГГ (111) , перспективных для разработки устройств спин-волновой электроники в ВЧ и нижней части СВЧ диапазонов, разработке различных методов управления характеристиками МСВ в планарных ферритовых структурах. В результате проведенных исследований предложены методы измерения полей анизотропии и диссипативных параметров ферритовых структур, пространственного декремента и коэффициента дисперсии МСВ, подходы к измерению порога параметрической неустойчивости МСВ и оценке влияния параметрических спиновых волн на дисперсию и затухание МСВ. Созданы макеты бездисперсионной линии задержки и устройств фильтрации, защищенные рядом авторских свидетельств.

Достоверность результатов определяется как использованием современных методов расчета и стандартной измерительной аппаратуры, так и согласием основных теоретических положений и результатов численного моделирования с результатами экспериментов.

Личный вклад автора состоит в постановке задач, участии в проведении расчетов и экспериментальных исследований, обсуждении и изложении результатов исследований. Постановка задачи по экспериментальному исследованию эффектов самовоздействия при распространении импульсов ПМСВ в ФДМ структуре осуществлялась совместно с Никитовым С.А.. Численное моделирование эффектов самовоздействия МСВ в ферритовых структурах проводилось на основе программы численного решения нестационарного нелинейного уравнения Шредингера, разработанной Дудко Г.М..

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждались на семинарах по спиновым волнам (Ленинград, С.-Петербург 1982-2002, 2007); XIV,XV,XVI и XVIII всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Харьков, 1979, Пермь, 1981, Тула, 1983, Калинин, 1988); XI и XII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике (Душанбе, 1981, Саратов 1982); Всесоюзной научно-технической конференции «Проектирование и применение радиоэлектронных устройств на диэлектрических волноводах и резонаторах», (Саратов, 1983); Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы интегральной электроники СВЧ», (Ленинград, 1984); На 6-ой, 11-ой и 13-ой зимних школах по электронике СВЧ, (Саратов, 1984, 1994, 2006); I-VI Всесоюзных конференциях «Спиновая электроника СВЧ», (Саратов, 1982, Ашхабад, 1985, Краснодар, 1987. Львов, 1989,Звенигород, 1991, Саратов, 1993); Всесоюзных семинарах «Магнитоэлектронные устройства СВЧ» (Киев 1985,1987); Первом и втором Международном симпозиуме «Поверхностные волны в твердых телах и слоистых структурах» (Новосибирск, 1986, Варна, 1989); II,III, IV Всесоюзных школах-семинарах «Функциональная магнитоэлектроника», (Красноярск, 1986, 1988,1990); IX и X-ой Всесоюзной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники», (Рига 1986, Ташкент 1988); X-ой Международной школы по магнитному резонансу (Новосибирск, 1987); XV-м Всесоюзном семинаре «Гиромагнитная электроника и электродинамика» (Куйбышев, 1987); Международной конференции по магнетизму INTERMAG (Амстердам, 2003); Всесоюзном симпозиуме по физике аморфных магнетиков (Красноярск, 1989); III Всесоюзной школе-семинаре «Взаимодействие электромагнитных волн с твердым телом», (Саратов, 1991); Первом и третьем Международном семинарах «Нелинейные волны в магнитных пленках» (Ульяновск 1991, Рим 1995); I и II объединенных конференциях по магнитоэлектронике (Москва 1995, Екатеринбург 1997); 7-ой Международной конференции по ферритам (Бордо 1996); 16-ом международном симпозиуме “Нелинейная акустика”(Москва, 2002); XII Международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике (Москва, 2003); Международной конференции по функциональным материалам ICFM (Украина, Крым, 2003, 2005, 2007); Международной конференции по магнетизму ICM (Рим, 2003); на научных семинарах в Институте радиотехники и электроники РАН, Институте физических проблем им. П.Л. Капицы РАН, Саратовском государственном университете, Киевском государственном университете, Московском физико-техническом институте, университете Ёнсей (Сеул, Республика Корея).





Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 70 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата, в том числе по материалам диссертации получено 6 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения списка цитированной литературы из 526 наименований, изложена на 454 страницах, включая 251 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту, отмечается новизна проведенных исследований и дается краткое изложение содержания по главам.

Глава 1 содержит результаты исследований магнитных свойств слабоанизотропных ферритовых эпитаксиальных структур /ГГГ (111) при степени замещения , , выращенных в НИИМЭТ А.В. Маряхиным. В первом разделе главы выводится дисперсионное уравнения МСВ в косонамагниченных ферритовых слоях с кубической анизотропией, проводится его анализ и подробно обсуждается зависимость длинноволновой границы спектра МСВ косонамагниченной пленки от угла между проекцией магнитного поля на плоскость пленки и кристаллографическим направлением, лежащим в плоскости пленки. В пренебрежении «выходом» намагниченности из плоскости намагничивания получено выражение для ориентационной зависимости косонамагниченных пленок и отмечается, что такие зависимости обладают более высокой чувствительностью к влиянию полей анизотропии , чем в случае «традиционного» касательного намагничивания, что делает их удобными для измерения полей . Приводятся результаты экспериментов по исследованию ориентационных зависимостей в пленках Ga,Sc:ЖИГ и результаты измерений полей кубической и одноосной анизотропии (см. таблицу). Обсуждаются результаты исследования «обменных осцилляций» амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик МСВ в пленках Ga,Sc:ЖИГ и результаты измерения обменной константы и обменной жесткости (см. таблицу). Приводятся результаты теоретического и экспериментального исследования влияния однородных деформаций на спектр ПМСВ в пленках Ga,Sc:ЖИГ и результаты измерений магнитоупругих констант (см. таблицу) по сдвигу частоты упруго деформированной пленки. Делается анализ измерения пространственных декрементов МСВ в пленках, по которым рассчитываются значения диссипативного параметра пленок (см. таблицу). Обсуждаются механизмы радиационных потерь ПМСВ, связанные с излучением убегающих от поверхности пленки объемных обменных и упругих волн, быстрых электромагнитных волн в структуре феррит-сегнетоэлектрик и радиационные потери внутренних поверхностных магнитостатических волн в слоистой структуре из двух анизотропных слоев.

Таблица.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.