Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Исследование резонансных методов измерения динамических параметров магнитных слоев ЭФГС. Пути их разработки и применении
1.1. СВЧ методы локализации возбуждений в пленках ЭФГС в щироком интервале температур 21
1. 2. Многочастотные методы магнитного резонанса пленок ЭФГС и слоистых структур
1.3. Приближение низших мод спин-волнового резонанса многослойных пленок ФГ .
1. 4. Пространственная локализация резонанса протяженных пленок ЭФГС (диаметром 76 и 102 мм) .
1. 5. Радиочастотные методы исследования «мягкой моды» MP .
1. 6. Определение параметров доменных структур пленок ЭФГС
1.7. Тонкая структура магнитных спектров пленок ЭФГС .
1.8. Приповерхностные методы магнитного резонанса. .75
1. 9. Методы пространственной локализации магнитных возбуждений в слоистых системах..
1. 10. Анализ полученных результатов.
Глава 2 Основное состояние и динамические процессы магнитоактивных ионов (Fe3+ - Re3+ - Fe3+)
2. 1. Основное состояние магнитоактивных ионов Re в кристаллических полях ферритов-гранатов.
2. 2. Система (YLa)3 (Fex Ga5 x) Oi2 ( 4f - 3d5 ). Сгіин-спиновьіе релаксационные процессы в ЭФГС и проблема минимизации потерь .
2. 3. Температурная зависимость спин-спиновых релаксационных процессов в ЭФГ - слоях .
2.4. Частотная зависимость параметров потерь в магнитных слоях, ,112
2. 5. Система (YSm)3 (Fe Ga)5 Оі2 (4г5 - 3d5). Механизмы формирования ширины линий в системе Sm3+- Fe + в слоях ФГ
2.6. Система (YEuTmCa)3 (FeGe)5 0,2 . Ш
2. 7. Вклад спин-орбитального взаимодействия в релаксационные процессы и параметры слоев ФГ: у, а, На.. 450
2.8. Анализ полученных результатов . ij.Q
Глава 3 Анизотропия спектров спин-волнового резонанса в ионно-имплантированных слоях и многослойных пленках .
3.1. 1. Спин-волновые возбуждения в слоистых системах .
3.1.2. Основные типы слоистых структур и слоистых систем .
3. 1.3. Механизмы взаимодействия слоев
3. 2. Структура границ раздела слоев ЭФГС .
3.3. Понижение симметрии спин-спинового взаимодействия в упруго-деформированных слоях
3. 4. Влияние спин-орбитального взаимодействия Re3+ - Fe3+ на спин-волновые возбуждения в слоях ЭФГС
3. 5. Анизотропия спин-волновых возбуждений в двухслойных пленках ЭФГС
3. 6. Спин-волновой резонанс ионно-имплантированных пленок ЭФГС. Слоистая структура переходного слоя..
3.1. Построение моделей профилей параметров ИИ слоев .
3. 8. Возбуждение связанных магнитно упругих колебаний спиновых волн в многослойных пленках ЭФГС
3. 9. Сравнительный анализ полученных результатов
Глава 4 Связанные колебания спиновых волн, доменных границ, доменов и неоднородностей доменных границ в слоях ЭФГС
4. 1. Уравнение движения матрицы плотности и связанные состояния в электронных системах слоистых систем
4. 2. Анализ параметров поверхностного закрепления спинов 222
4. 3. Взаимодействие обменных и дипольных колебаний в магнитном резонансе 226
4. 4. Возбуждение связанных колебаний спиновых волн, доменов и доменных границ в слоях ЭФГС .230
4. 5. Связанные колебания доменов, доменных границ и неоднородностей доменных границ в слоях ЭФГС.
4.5. 1. Динамическая устойчивость параметров плотных решеток ЦМД 2-W
4. 6. Магнитоакустический резонанс решетки ЦМД
4. 7. Динамические свойства связанных колебаний ДГ и СВ в слоях ФГ 4. 8. Сравнительный анализ полученных результатов .
Глава 5 Динамика электронных состояний в многослойных структурах и в слоистых системах феррит(Ф) - диэлектрик(Д), Ф-Д-слой порошка магнитотвердого материала, Ф-Д- полупроводник, Ф-Д-высокотемпературный сверхпроводник.
5. 1. Формирование связанных состояний в многослойных доменосодержащих слоях ЭФГС.
5. 2. Процессы динамического перемагничивания многослойных ячеистых структур в пленках ЭФГС.
5. 3. Размерные эффекты связанных состояний АСМ МСВ в слоистой системе Ф-Д- слой порошка МТМ
5.3.1. Магнитно-дипольная модель МСС в системе Ф-Д-СМТМ . 5. 4. Связанные состояния АСМ МСВ и плазменных колебаний в слоистых системах Ф-Д-ПП
5.5. Возбуждение АСВ в слоистых системах Ф-Д-слой порошка ВТСП
5. 6. Динамика электронных состояний в слоистых системах Ф-Д-ВТСП .
5. 7. Анализ результатов по слоистым системам
Основные результаты и выводы . 529
Заключение
Литература
- Пространственная локализация резонанса протяженных пленок ЭФГС (диаметром 76 и 102 мм)
- Температурная зависимость спин-спиновых релаксационных процессов в ЭФГ - слоях
- Влияние спин-орбитального взаимодействия Re3+ - Fe3+ на спин-волновые возбуждения в слоях ЭФГС
- Анализ параметров поверхностного закрепления спинов
Введение к работе
В области физики материалов магнитной микроэлектроники широкое распространение получили монокристаллические феррит-гранатовые пленки, получаемые методами жидкофазной эпитаксии - эпитаксиальные пленки ферритов-гранатов (ЭПФГ). Основным стимулом стали успехи в разработке запоминающих устройств на основе цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), магнитооптических устройств (МУ) отображения и обработки информации и спин-волновой электроники в области сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот. Дальнейшее развитие применения упомянутых устройств требует исследований предельных параметров ЭПФГ по операционным диаметрам ЦМД (0,3-3 мкм), быстродействию переключения ячеистых структур ( 10"6" с), их магнитооптической добротности и наконец высокому совершенству среды для распространения спиновых волн на относительные расстояния, порядка 10-100 мм. В последнем случае важными являются и минимизация параметров магнитных потерь (характеризующими минимум ширины линии поглощения магнитного резонанса ДН = 10-100 А/м на рабочих частотах линий задержки 3- 300 ГГц) и требуемыми значениями параметров намагниченности слоев ЭПФГ- М-0,02-0,2 Тл.
Было установлено, что многие динамические характеристики доменных структур и ячеистых структур с характерными размерами 3-30 мкм существенно улучшаются в многослойных пленках, полученных методом ионной имплантации первоначально однородных приповерхностных эпитаксиальных слоев ЭПФГ. Имеются в виду эффекты подавления «жестких» ЦМД за счет минимизации числа неоднородностей в доменных границах, также способствующие уменьшению времени переключения квадратных ячеистых структур. Эти факты, также как и многие другие (О которых будет идти речь ниже) свидетельствовали о необходимости систематического исследования многослойных пленок ФГ систем. Для этого необходимо было создавать и развивать методы получения многослойных пленок ФГ систем с заданными свойствами и создавать новые методы исследования их основных параметров и динамических характеристик. Среди различных методов исследования: магнитооптических, магниторезонансных и их многих комбинаций для многослойных пленок наиболее перспективными являются методы магнитного резонанса.
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЕНОК.
Основной вклад в понимание динамических свойств магнитоупорядоченных кристаллов (МК) внесла теория 1935 г. магнитной восприимчивости доменных структур МК Ландау Л. Д. и Лифшица Е. М./1 /.
Интенсивное развитие магнитного резонанса конденсированных сред началось с открытия в 1944 г. Завойским Е. К. / 2 / явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Изучены магнитноупорядоченные материалы, парамагнитные, при температурах выше температуры магнитного упорядочения Т с, полупроводниковые материалы с локализованными неспаренными электронами . ЭПР привел к установлению природы динамики взаимодействия неспаренных электронов переходных элементов 3 dп и 4 fп и др. с лигандным окружением в кристалле.
Располагая множеством степеней свободы магнитные моменты в МК при наличии постоянного Но и переменного высокочастотных полей hj участвуют в связанных колебаниях, изученных в работе Горелика Г. С. 1959 г. / 3 /, где введено понятие о парциальных колебаниях части, входящей в сложную динамическую систему.
Радиоспектроскопия / 4, 5 / объединяет большой круг процессов взаимодействия между электромагнитным полем и веществом, как в виде отдельных изолированных атомов и молекул, так и существующих в форме конденсированных фаз - жидкостей и кристаллов. Избирательное (резонансное) поглощение высокочастотной мощности магнитоупорядоченных твердых тел связано с системой поляризуемых внешним намагничивающим полем коллективизируемых энергетических уровней электронов и ядер.
Вопросам радиоспектроскопии магнитоупорядоченных тел / 4 / посвящены ряд сборников зарубежных и отечественных авторов, например под редакцией Вонсовского С. В. 1951 г. / 5 /. Однако проблемам связанных состояний спиновых систем не уделено должного внимания и эти вопросы являются малоисследованными. Впервые вопрос о СВЧ колебаниях намагниченности в сложной системе рассмотрен Лаксом Б. и Баттоном К. / 6 / в 1962 г. и Гуревичем А. Г. / 7 / в 1973 г., где авторами был получен ряд фундаментальных результатов, в том числе по влиянию доменной структуры на ферромагнитный резонанс.
Практическое применение совершенных металлических пленок / 4, 5 / и особенно магнитодиэлектрических монокристаллических пленок ферритов гранатов (ФГ) с цилиндрическими доменами (ЦМД), описанных в работе 1975 г. Бобека А. Н. и соав. / 8 / стимулировали интерес исследователей к динамическим свойствам доменных структур. Теоретическим основам динамики ЦМД и доменных структур посвящена работа Барьяхтара В. Г. и Горобца Ю. И. / 9 / в 1988 г. В книге Лисовского Ф. В. 1979 г. / 10 / обобщены научные и технические результаты развития представлений о динамических свойствах доменных структур и неоднородностей доменных границ ЦМД* В книге Балбашева А. М. и Червоненкиса А. Я. /11/ 1979 г. изложены принципы выбора магнитных материалов для магнитооптических устройств микроэлектроники. Перечисленные работы, наряду с книгой Малоземова А. и Слонзуски Дж. 1979 г. / 12 /, существенно расширили представления о динамике магнитных возбуждений в доменных границах МУ пленок, в том числе и в области СВЧ 1-4 ГГц.
Представление о многослойных пленках и слоистых структурах сформировалось с появлением технологии ионной имплантации ЭПФГ. В обзоре Герарда П. 1984 г, /13 / обобщены результаты исследований в этой области.
Спин-волновая электродинамика, введенная для объемных магнетиков в известной работе Ахиезера А. И., Барьяхтара В. Г. и Пелетминского С. В. 1967 г. / 14 /, в дальнейшем развита применительно к слоистым системам на основе ЭПФГ с малыми магнитными потерями в книге Зависляка И. В. и соав. / 15 /1981 г. и в работе Калиникоса Б. А. / 16 /1986 г.
Вопросам нелинейной квазирелятивистской динамики доменных границ и спиновых волн в тонких пластинах слабых ферромагнетиков посвящен обзор Барьяхтара В. Г. и соавт. /17 /1985 г., в котором исследования возбуждения доменных границ в области скоростей, равных и близких к фазовой скорости спиновых волн. В работе Акулина В. М. и Карлова В. В. 1987 г. /18 / рассмотрены резонансные взаимодействия сложных электронных систем, обладающие связанными состояниями / 19 /.
В перечисленных работах / 1-20 / даны в целом теоретические основы динамики магнитоупорядоченных электронных систем. Это стимулировало экспериментальные исследования автора, изложенные ниже.
ВЫБОР ОБЪЕКТОВ МАГНИТОУПОРЯДОЧЕННЫХ СЛОИСТЫХ СРЕД
Диапазон температур магнитного упорядочения электронной спиновой системы магнитных диэлектриков весьма широк : от 0,05 - 0,20 К для органических радикалов / 20 /, фторосиликата меди / 21 /х, до 550 - 860 К для ферритов-гранатов и шпинелей / 22 /.
Важная научная и прикладная задача установления температурно-зависимых механизмов формирования СВЧ потерь в магнитных диэлектриках . Известен механизм обменного сужения ширины линий АН магнитного резонанса / 5 / :
ДН ~А'\ где А - обменная постоянная. Известна конкуренция механизмов спин-спинового и спин-орбитального взаимодействий, соответственно суживающих и уширяющих линии поглощения MP в различных температурных диапазонах. Для ферритов-гранатов ширины линий имеют рекордно минимальные значения 20 - 30 А/м (на частоте 10 ГГц), а для шпинелей Д Н = 1 -2 кА/м, что существенно выше, чем ожидается из оценок, даваемых значениями основных параметров кристаллов А и намагниченности М. Кроме этого, в диапазоне температур 200 - 400 К , важном для практических применений, необходимо иметь стабильные параметры ширины линий, намагниченности насыщения М, магнитной анизотропи На и др.
Исходя из работ / 23 - 26 / симметрия и размерность связанных состояний спиновых систем обусловлена / 26 / симметрией кристалла, имеет широкий диапазон параметров, включающий число спиновых моментов, их пространственную ориентацию , магнитную размерность , важные для получения сверхтонких слоистых структур с толщиной слоев 10 - 50 нм.
Влияние орбитального упорядочения / 26 / магнитоактивных ионов в магнитных диэлектриках / 23,25 / исследовано в широком диапазоне температур 1,6- 550 К для различных монокристаллов, содержащих магнитные ионы с вырожденными орбитальными моментами Fe 2+, Тт 3+, Ей 3+, Yb3+, Sm3+ и др. Установлен примесный механизм спин-орбитального вклада в спиновое движение магнитных моментов и это приводит к пропорциональному отклонения гиромагнитного отношения от чисто спинового значения количеству примеси указанных выше элементов группы редких земель.
Представляет интерес исследование слоистых систем феррит-полупроводник / 27 / для усиления спиновых волн носителями заряда полупроводника. Системы феррит-парамагнетик интересны для приборов когерентного излучения на спиновых волнах / 28,29 /. Исследования слоистых систем востребованы. Об этом свидетельствуют грандиозные успехи применения полупроводниковых гетероструктур в электронике и информационных технологиях. Для слоистых систем феррит-полупроводник важными являются вопросы влияния типов носителей зарядов: электронов, или «дырок» в полупроводниках на параметры резонансной передачи энергии от полупроводника к спиновым волнам в слоях ФГ и каналирования спиновых волн внутри слоев и между слоями в слоистых системах.
Следует отметить относительно высокую сложность экспериментального оборудования для исследования слоистых сред. При этом очень часто возникает необходимость создания новых датчиков магнитного резонанса, новых магнитных систем с однородным распределением магнитной индукции в протяженной ( диаметром до 10-100 мм ) слоистой среде и новых малогабаритных когерентных генераторов сверхвысоких и крайне высоких частот (КВЧ) диапазонов 3-30 ГГц и 30-300 ГГц, соответственно. Причем такие датчики, магнитные системы и генераторы, как правило, представляют самостоятельный интерес, являются новыми техническими решениями, требуют патентной защиты, так как являются востребованными объектами интеллектуальной собственности. Однако, наиболее интересное их применение возможно в области когерентной магнитолазерной диагностики, биостимуляции и клинической терапии, измерительных системах различного назначения: материалов электронной техники, биодиагностики , для медицины и экологии.
В области медицины известны системы биологически активных точек (БАТ), расположенных в области кожного покрова ушных раковин, пальцев рук и ног системы биологически активных областей (БАО ), например областей Захарьина-Геда, выхода кровеносных сосудов и нервных рецепторов от всех внутренних органов на поверхность в районе кожного покрова грудной клетки и в область позвоночника. Так вот, для эффективной терапии посредством активации кровотока БАТ и БАО необходимы не только методы иглотерапии, но и бесконтактные воздействия расходящегося лазерного луча, или расходящегося КВЧ луча во внешнем однородным, в слоистой системе кожного покрова БАТ и БАО постоянном, или импульсном магнитном поле, соизмеримые с импульсами ритмов кровотока структурированных эритроцитов (Чижевский А. Л., 1951г.), играющих важнейшую роль в физиологии организма человека. Так как организм целостная система, то и воздействия активации БАТ и БАО во многом должны быть избыточными для введения в действие многих механизмов регуляции обмена веществ, благоприятно воздействующих на патологический процесс в сторону выздоровления организма в целом. Такие процессы получили наименование сочетанных и этой области приоритет за учеными России : Захарьина И. А, Чижевского А. Л., Полонского А. К., Козлова В. И., Буйлина В. А. и др. - щ- -
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Традиционные исследования динамических свойств и резонансных возбуждений в магнитных диэлектриках типа эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок (ЭФГП), включая методы магнитного резонанса (MP) и спин-волнового резонанса (СВР), предполагают выделение изолированных процессов возбуждений магнитных состояний в магнитно упорядоченном слое и построение однозначных физических моделей. Однако, все процессы, в которых участвуют магнитные моменты в слоистых структурах, взаимосвязаны и зависят от многих параметров электронных состояний. Для получения более общих закономерностей возбуждения, распространения и затухания спиновых волн необходимо полное исследование динамических свойств электронных процессов в слоистых системах.
Электронные состояния в монокристаллических магнитно упорядоченных слоях определяют ряд уникальных магнитных свойств: малозатухающие спиновые волны, магнитно-оптические и магнитно-акустические возбуждения, подвижные периодические доменные структуры (ДС) и др. Эти свойства обусловлены высоким совершенством кристаллической структуры эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок (ЭФГП), содержащих минимальное количество точечных дефектов (0,1-1 на см ) и возможностью замещений в кристаллических подрешетках феррита— граната (Y-Re)3(Fe-Ga)50|2 одновременно: иттрия — ионами редких земель и ионов железа — ионами Ga, или Са—Ge в обеих подрешетках гранатовой кристаллической структуры.
Актуальность проблемы
Практическая потребность в приборах для информационных технологий в частности магнитоэлектроники (линий задержки, магнитно-электрических преобразователей и запоминающих устройств на основе цилиндрических магнитных доменов (ЦМД)) стимулировала многочисленные исследования магнитно упорядоченных тонких слоев с высокими динамическими параметрами и минимальными электромагнитными потерями, обусловленные минимизацией примесей и точечных дефектов с некомпенсированными зарядами.
Магнитный резонанс (MP), как явление избирательного поглощения информационно-несущих периодических колебаний в диапазоне высоких частот (ВЧ) 3—300 МГц, сверх - высоких частот (СВЧ) 0,3—30 ГГц и крайне высоких частот (КВЧ) 30-40 ГГц в однородных магнитных полях 0—1.4 106 А/м на период постановки цели работы, изучен не достаточно для ЭФГП, и прежде всего для слоев малой толщины (10—400 нм). Слоистые системы типа феррит - диэлектрик - полупроводник за счет расширения параметров интеграции и существования в тонких слоях квантовых размерных эффектов представляют интерес для создания качественно новой элементной базы магнитной и полупроводниковой наноэлектроники.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Основная цель работы заключалась в установлении особенностей динамики электронных состояний в слоистых системах на основе эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов, развитию применения методов и явлений магнитного резонанса в материаловедении и физическом приборостроении. Определен поиск путей физического моделирования динамических свойств структурированных доменов и эритроцитов в электромагнитных полях.
Постановка настоящего исследования связана с необходимостью предсказуемой разработки и внедрением новых технологий газовой и жидкофазной эпитаксии, плазменного распыления порошков и современных методов исследования магнитных пленок, полупроводниковых, слоистых наноразмерных гетероструктур с носителями зарядов различной природы, включая биологические. Такие разработки были предусмотрены и выполнялись в соответствии с планами по важнейшим программам физики магнитных полупроводников, материаловедению информационных технологий и биомедицине.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА :
Впервые обнаружены эффекты «мягкой моды» магнитного резонанса касательно намагниченных магнито -одноосных пленок ЭФГС, при снижении параметров электромагнитных потерь (ширины линии ДН) при понижении частоты от 10000 до 10 МГц. Обнаружена динамическая доменная структура, возбуждаемая внешним электромагнитным полем в диапазоне частот 9-38 ГГц при касательном намагничивании многослойной пленки и проявляющаяся в половинных магнитных полях в условиях действия запрещенных переходов для уровней магнитного резонанса.
Исследования методами многочастотного магнитного резонанса 9— 38 ГГц многослойных пленок и слоистых ионно-имплантированных структур позволили впервые спектроскопически точно установить значительное отклонение гиромагнитного отношения от спиновых значений 224 км/сА до 152—170 км/сА в эпитаксиальных слоях ферритов-гранатов, содержащих ионы Ей3*, Yb3+, Tm3+.
Предложен и впервые физически обоснован метод приближения низших мод СВР для определения параметров многослойных феррит-гранатовых пленок , повысивший разрешающую способность метода и открывающий возможности исследования природы и разделения вкладов от различных механизмов электромагнитных потерь в пленках , предназначенных для спин- волновой электроники. Метод позволил впервые выделить спектры спин- волнового резонанса, от магнитостатических колебаний и от магнитного резонанса доменной структуры в многослойных пленках и определить параметры субмикронных слоев в ионно-имплантированных структурах. - IT -
4. На основе многочастотной (8—38 ГГц) спектроскопии ФМР и СВР в широком диапазоне температур (100—400 К) впервые определена и исследована анизотропия спектров объемных спиновых волн, свидетельствующая о понижение симметрии спин-спиновых взаимодействий в монокристаллических слоях ферримагнитного диэлектрика, обусловленная упругой деформацией в слоистой структуре пленка- подложка.
Теоретически и экспериментально исследованы границы раздела слоев ферритов-гранатов и ионно-имплантированных структур, исходя из решения магнитостатического уравнения А. Тилля (1970 г.) методом последовательных приближений: для границы раздела слой ФГ-подложка оценки составили 150 нм. Для ионно-имплантированных слоев границы раздела имеют ступенчатую структуру с параметрами границы раздела порядка 10 нм, что установлено методом стравливания с разрешением порядка 3 нм.
Впервые обнаружены и исследованы во внешних постоянном и переменных магнитных полях в диапазоне частот 2-38000 МГц возбуждения устойчивых связанных состояний спиновых волн, колебаний доменных границ, доменов, упругих колебаний в ЭФГП. Общее число обнаруженных связанных состояний составляет десять, предсказаны еще одиннадцать. Обнаружена и определена «тонкая структура» магнитных спектров доменной структуры в многослойных пленках ЭФГС.
7. Впервые обнаружен и исследован новый класс магнитных связанных состояний Uy с параметрами по восприимчивости, энергии и времени релаксации, пропорциональными подвижности доменных границ, спин- волновых и электронных возбуждений, типа Uw„, Udn, Usw и Uki- Четыре типа связанных состояний, наблюдаемых в магнитных полях, имеют явно выраженную динамическую природу. - а _
Впервые установлена динамическая структуризация магнитного резонанса ионно-имплантированных слоев толщиной 30 - 70 нм ферритов-гранатов, имеющих пониженную на 40 - 80 К температуру Неля слоев за счет их неоднородной деформации легирующими ионами Н2+, Ne2+ . При этом обнаруживается существенная анизотропия спектров объемных спиновых волн , достигающая для параметров расщеплений в магнитных полях 2-2,5 раза, в то время как снижение температуры Кюри- Нееля составляет только 8-14%,
Исследовано множество с L = 25—225 магнитостатических аксиально-симметричных волн (АСВ) СВР правильных тонких дисков (мез) в диапазоне частот 6—35 ГГц и на их основе впервые разработан метод исследования слоистых систем различного типа, базовым в которых стал слой феррита с малыми потерями, при локализации резонансных магнитных полей в слоистой системе диаметром 0,5—4 мм. На примере дисперсии совместного возбуждения АСВ и объемных спиновых волн в двух и четьфехслоиных пленках, толщиной 0,6- 2,3 мкм, впервые установлена приповерхностная локализация магнитостатических колебаний : вблизи границы раздела слоев, внешних от подложки достигающая по толщине 16%, по локализации энергии около 70 % .
Впервые определена дисперсия расщеплений Al,l+2 спин-волновых возбуждений аксиально - симметричного типа в слоистых системах (на примере восьми типов полупроводниковых пленок) типа феррит (Ф)— диэлектрик (Д)—р-полупроводник (ПП) через резонансные связанные состояния магнонов и плазмонов п - и р-типов, причем вклады в расщепление Дц L+2 от носителей разного знака - противоположны.
11. Впервые установлен характер дисперсии спин—волновых возбуждений в слоистых системах Ф—диэлектрик — высокотемпературный сверхпроводник (ВТСП) посредством образования новой ветви связанных состояний динамического характера Unm — магнон-ротонного типа. В высокотемпературном сверхпроводнике установлено, что носители тока характеризуются проводимостью «дырочного» типа.
12. Впервые предложена и обоснована физическая модель динамики структурированных эритроцитов в кровотоке капилляров, с использованием идентичных динамических свойств структурированных решеток цилиндрических доменов в многослойных пленках, установленных в широком диапазоне температур 78 - 450 К для различных составов ферритов-гранатов.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
А, Расширение информационно емкого диапазона частот (от 2 до 38000 МГц) магнитного резонанса многослойных пленок при сопоставимом анализе резонансных возбуждений в них, позволило установить новые явления в физике полупроводников и магнитных диэлектриков: дисперсии расщеплений Дцк(Т) в спектрах магнитного резонанса ионно-легированных слоев Н2+ в ионно- имплантированных структурах и в многослойных эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов; «мягкой моды» магнитного резонанса в области ориентационных переходов доменной структуры в пленках ЭФГС; - тонкой структуры магнитного резонанса доменной структуры в многослойных пленках; - динамической доменной структуры в многослойных пленках ЭФГС.
2. Введение и физическое обоснование метода приближения низших мод магнитного резонанса позволило выявить, установить и разрешить множественные возбуждения объемных спиновых волн, приповерхностных магнитостатических волн, активационных колебаний доменных структур, которые возможны в условиях разрешенных или запрещенных переходов в магнитном резонансе. Определены механизмы спин-спиновых взаимодействий и структурирования тонких слоев 10-50 нм в ионно- имплантированных эпитаксиальных феррит- гранатовых пленках. Выявлены динамические характеристики спектров магнитного резонанса связанных состояний различного типа в многослойных пленках при изменении параметров возбуждений: амплитуды постоянных и переменных магнитных полей, частоты переменных полей, внешней температуры.
3. Систематизация динамических характеристик магнитоактивных ионов Fe3+ - Re3+ - Fe3+ в подрешетках а, с, д - типов феррита-граната . 21 - позволила определить их влияние на подвижность спин- волновых и доменных возбуждений, на подвижность доменных границ в эпитаксиальных феррит- гранатовых пленках в широком диапазоне температур 78-550 К. Определен релаксационный спин-орбитальный механизм ограничения подвижности спин- волновых возбуждений и доменных границ примесной редкоземельной подсистемой в слоях феррит- гранатовых систем в исследуемом диапазоне температур . Установлены вклады электромагнитных потерь в КВЧ - диапазоне частот ( миллиметровые волны) для слоев железо-иттриевого граната, содержащих примеси и точечные дефекты с нескоменсированными зарядами, в том числе в границах раздела и в подложечном материале.
4. Систематизация связанных колебаний спиновых моментов в однородных слоях и многослойных пленках феррит- гранатовых систем в условиях однородного намагничивания и когерентного возбуждения в однородных магнитных полях ( спин- волновых, магнитостатических, доменных, доменно-граничных, неоднородностей доменных границ, оптических и акустических колебаний ( всего семи типов), позволила установить динамическую природу энергетических параметров расщеплений магнитных связанных состояний во внешних электромагнитных полях, в условиях магнитного резонанса, так, как они непосредственно зависят от подвижности спин- волновых возбуждений в слоях ферритов-гранатов и открыла возможности поиска связанных колебаний новых типов в слоистых структурах и слоистых системах.
5. Введение слоистых систем: феррит- диэлектрик - полупроводник, феррит - диэлектрик - слой порошка магнитотвердого материала, феррит- диэлектрик - слой высокотемпературного сверхпроводника и физическое обоснование динамики электронных состояний в них позволили определить количественные характеристики: -. 22 - - для электромагнитного Н эм , спин-орбитального HSo, магнитно- дипольного HUL взаимодействий в слоях в широком диапазоне температур 78—550 К; дисперсии параметров спектров АСМ мод спин- волновых возбуждений Al,l+2(
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
1. Впервые в 1984 г. реализованы в опытном производстве эпитаксиальных феррит- гранатовых структур ( НПО «ЭЛМА» г. Зеленоград, завод «Аметист» г. Калуга) измерительно-вычислительные комплексы магнитного резонанса «Гранат-2А» на основе расширенной динамическими характеристиками системой параметров многослойных пленок.
2. Проведено физическое моделирование систем обработки информации с высокими динамическими характеристиками, применительно к биологическим системам структурированных эритроцитов в однородных магнитных полях. На этой основе разработаны магнитные системы и магнитные насадки типа КМ-2, ЗМ-50, ММ-50 , используемые в сочетанных методах магнитно- лазерной терапии ( НПЛЦ «Техника» г. Москва ) для медико-биологических применений.
3. Разработаны физические основы технологии опытных образцов миниатюрных импульсных когерентных излучателей миллиметрового диапазона длин волн на частотах 42 ГГц и 53 ГГц, используемые в сочетании с импульсными магнитными полями, инфракрасными лазерами, высокочастотными микротоками. Аппараты «Альт-КВЧ» и «Креолка-КВЧ» используются в опытной клинической практике ( ЦЛМ «Волшебный луч», НИИ им Н. В. Склифосовского, г. Москва и в др. ).
ОБЪЕМ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений А - Г. Список литературы включает 229 наименований, основной текст изложен на 342 страницах, содержит 89 рисунков и 35 таблиц.
ПУБЛИКАЦИИ.
По теме диссертации опубликована 101 работа. "
Пространственная локализация резонанса протяженных пленок ЭФГС (диаметром 76 и 102 мм)
Устройство работает следующим образом. В волновод 3 подают мощность СВЧ через отверстие связи 4 в резонатор 1, где возбуждается мода колебаний Нц3 (или Нцп). Магнитная компонента СЗЧ Н] по амплитуде имеет резкий характер затухания (ослабления) во внешнюю сторону от поверхности. Регулируя величину ячеек сменной диафрагмы с наперед заданным шагом изменения размера ячеек в диапазоне 3—50 мкм, можно зондировать амплитуды колебаний по всей толщине ЭФГП, начиная от поверхности и заканчивая переходным слоем магнитная пленка - подложка.
Устройство применимо для исследования широких линий в диапазоне частот 18—38 ГГц и его эффективность ясна из результатов измерений, приведенных на рисунке 3. На частоте 38 ГГц при измерениях традиционным методом объемного резонатора в спектре магнитного резонанса ЭФГП присутствует широкая линия поглощения от парамагнитной подложки Cd3Ga50i2 (рисунок 3, а). Используя устройство с медной диафрагмой, имеющей размер ячеек 40 мкм, удалось существенно повысить разрешающую способность метода ФМР, как это видно из рисунка 3, 6. Поглощение от подложки практически исключено. Состав пленки (YETmCa)3(FeGe)50i2, частота ш/2тг = з7 ГГц, Т = 290 К.
Применение метода ферромагнитного резонанса (ФМР) для исследования магнитных пленок широко известно / 32-98 /, например, из исследования поликристаллических металлических пленок, обладающих малой величиной магнитной анизотропии. Менее изученной областью применения ФМР, на время постановки задачи в 1976-1978 гг, являются монокристаллические магнитные пленки, обладающие значительной одноосной магнитной анизотропией, например ЭФГП. ЭФГП получили широкое распространение в микроэлектронике как материалы с малым затуханием поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ), материалы с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД) и материалы для магнитооптического управляемого транспаранта (МОУТ). ЭФГП отличаются хорошим совершенством кристаллографической структуры: плотность дефектов поверхности (и соответственно магнитного слоя) составляет 3—30 см"2. Важное значение для оценки качества и магнитных свойств пленок имеет точное определение таких параметров как намагниченность насыщения 4rcMs, компоненты магнитной анизотропии На, Нг, тензора гиромагнитного отношения уу, релаксационной константы затухания а. Ясно, что перечисленные выше параметры для трех основных типов материалов будут различными и их оптимизация представляет технологический интерес, а связь с основными параметрами, такими как затухание МСВ etc, дБ/мкс, скорость движения ЦМД v, м/с и скорость движения доменной границы ячейки МОУТ \я, м/с и ее неоднородность Sv„ %, -- является важной физической задачей.
Известное применение метода ФМР / 34 / для исследования / 35 / параметров магнитной анизотропии пленок заключается в исследовании угловых зависимостей спектров ФМР в основных плоскостях {ПО}, {100},{111} кристалла, относительно плоскости вращения магнитного поля. Например, в плоскости {ПО}, содержащей ось легкого намагничивания (ОЛН) параллельной оси [111] и нормали к плоскости м. Кристаллографические оси ЭФГП формирует подложка, в данном случае ориентированная вдоль [111].
Свойства резонансных частот р ( или в более удобном случае для эксперимента резонансных значений магнитных полей Нр при фиксированных частотах ш, для одноосных магнитных пленок ферритов-гранатов, ориентированных в плоскости {110} и ОЛН, направленной вдоль нормали к поверхности, в приближении Киттеля. Ч. / 33 / описываются выражением:
Температурная зависимость спин-спиновых релаксационных процессов в ЭФГ - слоях
На рисунке 6 интегральная интенсивность линий поглощения СВР образцов № 2 и 3 уточнена согласно выражению (1. 3. 4) — верхняя линия обозначена как I. После этого уточнения» расхождение данных уменьшилось до величины, соизмеримых с погрешностью измерений. Очевидно, описанный метод применим для аттестации относительной толщины слоев многослойных магнитных структур на основе ЭФГП. На рисунке 6, а приведены спектры производных поглощения СВР от двухслойных пленок с различными параметрами анизотропии и намагниченности. Определение этих параметров осуществлялось методами многочастотной (і =1-3) радиоспектроскопии, общая толщина слоев измерена оптическим спектроинтерференционным методом, ширина полосового домена — с помощью поляризационного микроскопа. Параметры толщины слоев структур определены по описанному выше методу и сведены в табл. 1. 3. 2. Стравливание верхнего слоя и измерение относительной толщины слоев методом СВР и общей толщины на спектроинтерферометре дало согласованные результаты.
Таким образом, можно отметить, что исследование интегральной интенсивности а линий поглощения СВР образцов с различными магнитными параметрами привело к установлению линейного закона изменения ст от толщины магнитного слоя h. А сравнительное исследование интегральных интенсивностей линии поглощения СВР образцов магнитных пленок с различными параметрами потерь позволило определить обратно-квадратичную зависимость изменения резонансной восприимчивости от параметра потерь.
Обнаружены некоторые особенности в спектрах двухслойных магнитных пленок. Верхний слой обладает лучшими динамическими параметрами магнитной среды: с меньшей постоянной затухания а.
В этих относительно более тонких слоях (примерно 1/3 от толщины основного слоя), наращиваемых, повторно, переходные слои, по-видимому, минимальны, что способствует закреплению спинов на границе раздела слоев. На рис. .5 и 7 приведены спектры двухслойных структур системы (YEuTmGd)3(FeGa)50i2.
Уравнение Шредингера для локализованной в слое высокочастотной намагниченности / 86 /для каждого из слоев: где Aj — обменный интеграл, М; — намагниченность, Н — напряженность поля анизотропии, у, — гиромагнитное отношение i-слоя без учета связанных состояний слоев.
Решение уравнения для парциальных колебаний с длинами волн, превышающих расстояния между магнитными моментами: \п а т. е. в длинноволновом приближении, несправедливом для спектров оптических колебаний магнитных моментов.
В работе / 86 / предложена модель расчета спектров спиновых волн для двухслойных магнитоодноосных пленок и пленок, имеющих неоднородную напряженность поля анизотропии Ha(z). Анализ спектров СВР двухслойных пленок Ш-системы (YEuTmGd)3(FeGa)50i2 приведенных на рисунках 5, и 7. показывает, что спин-волновые компоненты возбуждаются в обоих слоях независимо (раздельно), по крайней мере интенсивность компонент в слое 2, имеющим малую толщину и меньшую, чем в слое 1 постоянную затухания а, более чем в 10 раз превышает интенсивность спин-волновых компонент в слое 1 (рисунок 5, б для III, б образца). В этом же спектре для ориентации но л в малых полях 40 кА/м присутствуют четыре, ранее никем не описанные спин-волновые компоненты (см. рисунок 7, а). По характеру угловой зависимости они принадлежат слою 1, наблюдаются в области существования доменной структуры слоя I. Разница напряженностей полей между компонентами увеличиваемся с увеличением резонанс-поля каждой компоненты. По всем признакам эти моды обусловлены эффектами пересечения магнитных уровней и являются связанными состояниями спиновых систем: доменных границ и спиновых волн (см. раздел 4. 3): Ц .
Исследование параметров магнитных слоев Щ На, у в широкой области температур 150...550 К позволило установить их особенности. На рисунке 5 приведены соответствующие зависимости, а также ширины линий Д# рр и расщепления спин-волновых компонент и дя51 в разных ориентациях магнитного поля для слоя 2. Анализ температурных зависимостей у(Т), М(Т) и На(Т) показывает, что для второго слоя, в котором в основном и возбуждаются спиновые волны наблюдаются особые точки, когда Hg = 4nMs и фактор качества принимает единичное значение q = 1. Ширина линий ДНРР имеет особенность при Т = 330 К, а в диапазоне температур 280 ... 400 К является медленно меняющейся функцией.
Влияние спин-орбитального взаимодействия Re3+ - Fe3+ на спин-волновые возбуждения в слоях ЭФГС
Энергия взаимодействия между слоями, исходя из магнитостатического приближения: где: Шу— величина смещения локализованного спектра спиновых волн в магнитном поле, мяЦ — усредненный по толщине слоя магнитный момент, ті2 — среднее расстояние между слоями. На рисунке 9 б приведены спектры спин-волнового резонанса локализованной области тонкого цилиндра / 45 / слоя ЖИГ. Числами слева отмечено расстояние между поверхностями исследуемой и дополнительной пленки. С уменьшением Г]2 величина расщепления AH;J увеличивается, увеличивается разрешение спектра, свидетельствующее о однородном СВЧ возбуждения СВР и справедливости матнито-дипольного приближения (1.4.3).
На основании полученных спектров СВР (рисунок 9 6} в приближении магнито-дипольного взаимодействия связанных состояний определены параметры магнитного слоя h = 5,3 мкм, 47iMs = 175 мТл, А = 3,2 10,2Дж/м3, 2ДН = 91 А/м(2сс = 2 МҐ).
Следует отметить, что преимуществами метода / 45 / является неразрушагощий контроль параметров слоев на пластинах больших размеров до 200 мм и выше при использовании тонкой фторопластовой пленки слоями 1 и 2, а также возможность прямого определения параметра объемного взаимодействия А. Для более точного определения параметра 2ДН вместо дополнительного образца в форме тонкого цилиндра предпочтительно использовать дополнительный образец в форме тонкого кольца с внутренним диаметром 0 = 2 мм, однако, при этом спектры 1 и 2, согласно рисунку 9 б поменяются местами, а регистрация спин-волновых мод к = 5—15 затрудняется из-за их перекрытия с неоднородной линией 1 от основной части пленки. Весьма перспективным методом исследования магнитных осцилляции в слоях с малыми потерями является метод продольной накачки при касательном намагничивании, предложенный в работе Калиникоса Б. А. и Славина А. Н. / 46 /. В отличие от перпендикулярного / 45 / намагничивания при касательном намагничивании возможно расталкивание частотно-зависимых дисперсионных ветвей любых типов, вследствие квазиповерхностного / 46 / характера магнито-дипольных волн. Это несколько снижает точность и разрешающую способность метода, особенно на больших частотах со/2я — 10 ГГц. При однородности магнитных полей Н = 1 %, погрешность методов составляет 6 3 %/
Радиочастотный диапазон 10—330 МГц соответствует длинам волн 1—30 м. Высокодобротные резонаторные системы с Q = 103— 104, имеют соответствующие длинам волн размеры, что громоздко и измерительные датчики такого типа не получили широкого распространения. Используемые индуктивные контуры [50] имеют по сравнению с полыми резонаторами гораздо меньшие размеры 10—30 мм, и существенно меньшие добротности Q = 10 что снижает, согласно проведенному Пулом Ч. [51] анализу, рабочую чувствительность датчика в 10—102 раз. Интерес к этому диапазону частот обусловлен его высоким ожидаемым разрешением по резонансного поглощения 2АН при понижении частота от 10 ГГц до 20—330 МГц / 49 Ґ (Рисунки 10,11): где: AHQ — vy, юг — частота диссипации в уравнении Ландау-Лифшица, а — релаксационная постоянная, определяемая опытным -г ГАЯ1 путем а - шп і і _ Например, для (YSm)3(FeGa)50i2 состава, используемого в первых работах Бобека А и соав. [8] с АН = 43,8 кА/м на частоте 17,2 ГГц и АН =1,6 кА/м на частоте 60 МГц, т.е. уменьшается более чем з 25 раз. Оценки сог и Н для этого состава дали значение о)г = 334 МГц и АН - 1,5 кА/м. Обнаруженное в работе / 50 / увеличение АН на частотах менее 40 МГц обусловлено, по-видимому, влиянием неразрешенной структуры доменных границ, т. к. основной эффект интенсивной динамической восприимчивости магнитного резонанса определяется динамикой доменных границ ЭФГП / 40 / , и согласно частотной зависимости, приведенной на рис, 10, 11.
Исследования в диапазоне частот 20—180 МГц проводились с помощью высокочастотного датчика, схема которого приведена на рисунок 11 а. Диапазон перестройки автодинного генератора 20—180 МГц перекрывался тремя контурами: первый контур из 15 витков, диапазон перестройки 20—40 МГц, второй — из 5 витков, диапазон перестройки 40—100 МГц, третий — из 2 витков, диапазон перестройки 100—180 МГц. Электромагнит выполнен из двух соосных систем, полисные наконечники которых повергнуты, друг относительно друг друга на 90. Степень однородной локализации 0,9 % напряженности высокочастотной Hi компоненты и однородного внешнего поля электромагнита до 0,3 % на 0 1—2 мм. Диаметр контуров 8 мм, полюсных наконечников 25 мм. Высокочастотный датчик позволяет производить измерения спектров магнитного резонанса при ориентации магнитного поля ЯПй и НАЛ, путем только коммутации токов в обмотках электромагнита, что делает метод пригодным для неразрушающего контроля при малых габаритах и малой собственно массе электромагнита в 18 кг. В датчике предусмотрена система термостатирования образца размерами 10 х 10 мм в диапазоне температур 77—500 К с точностью до 2 К. погрешность измерений 6На, 5Но 1,8 %.
Анализ спектров магнитного резонанса образца состава (YSm)3{FeGa)50i2 в ориентации НАЛ приведенных на рисунке 12, б для диапазона частот 20—180 МГц позволил выделить две группы линий спектра 1 и 2. первая обладает существенной зависимостью от частоты, вторая — практически не зависит. Кроме того было установлено / 53 / , что такой вид спектра (рисунки 11 б, 13 а) «а» характерен только для решетки ЦМД и не наблюдается для лабиринтной доменной структуры. Это позволило отнести первую группу линий к связанным колебаниям ЦМД в решетке доменов, а вторую группу линий «б и в» к динамическому коллапсу доменов и доменных границ.
Повышенная разрешающая способность радиочастотных методов магнитного резонанса позволила разрешить спектры поглощения ИИ слоя / 51 / состава с большой релаксационной постоянной (YSm)3(FeGa)5Oi2 а = 0,12, в то время как традиционные методы, развитые Аваевой А. Г. и сотр. / 52 / для ЭФГП, использовать для исследования ионно-имплантированных слоев таких составов затруднительно.
Анализ параметров поверхностного закрепления спинов
Представляет интерес возбуждение ДМСВ в пленках большой протяженности 0= 10—100 мм / 61 / . Для этой цели изготовлено устройство датчик СВЧ — рисунок 17 а, состоящее из тонкого прямоугольного резонатора сечением 23 5 мм, длиной 140 мм и центральным отверстием связи 0 8 мм. Нижняя свободная поверхность магнитного слоя ЖИГ, нарощенная эпитаксиально на подложку ГГТ 0 60—76 мм, взаимодействует /64/х с исследуемой поверхностью твердого тела, например, поверхностью монослоя порошка, поверхностью полупроводника 1661 большой протяженности. Минимальное расстояние между поверхностям было порядка 1 мкм, из-за нескольких ограничивающих /67/ факторов: чистоты обработки поверхностей, нецлоскостности структуры ЖиГРЭС-16, по порядку величины равной 1—3 мкм на 76 мм, наличию субтонких микронаплывов на обеих поверхностях и др. Степень локализации мод ДМСВ задается диаметром полюсных наконечников 0 = 8—16 мм. Вид спектра при свободной поверхности магнитного слоя ЖИГ — воздух 0 60 мм показана на рисунке 17 в. Спектры ПМСВ претерпевают существенные изменения при минимальном расстояний 5 мкм поверхности ЖИГ от поверхности полупроводникового слоя на подложке 0 60 мм : рисунок 17 г. чисел 1, толщины h, намагниченности Ms, диаметра локалазации 0. Экспериментальные зависимости \му Т щ&У) приведены на рисунке 19, зависимости Ik(k,a) на рисунке 20, It(l,a) на рисунке 19.
Для решения вопроса о зависимости Д1 от диаметра тонкого цилиндра, проведено исследование при одинаковых условиях, но с изменением 0 от 0,5 до 8 мм: данные на рисунке 17 б и рисунке 19 а, 6, Б, г — все для образцов 0 1 мм, на рисунке 17 в, г и рисунке 19 е, д — для образцов 0 8 мм(локализация магнитным полем).
Для выявления зависимости Ду+і (0 от 1 на рисунке 19 а построен график в специальных координатах: в линейном, 1 в степени 1/2. Экспериментальные точки могут быть аппроксимированы как это видно из их среднеквадратичного отклонения, прямыми линиями.
Изменение интенсивности її ДМСВ компонент от 1 носит более резкий характер, чем изменение расщеплений в магнитном поле А1Ы.
Экспериментальные данные для тонкого цилиндра 0 1 мм ЖИГ приведены на рисунке 19 б. Интенсивность приведена в логарифмическом масштабе, 1 в степени 1/4. Экспериментальные точки также могут быть аппроксимированы прямой линией. Штрих-пунктирной линией показана теоретическая зависимость интенсивности спин-волновых компонент Ik(k, а) (см. рисунок 20), она несколько расходится с экспериментальными данными, согласно рисункам 19 и 21.
Для выявления зависимости Д1(М) от намагниченности проведены исследования спектров АСВ в диапазоне температур 193 — 293 К (рисунок 19 ).
С увеличением частоты от 9, 52 ГГц до 35 ГГц (рисунок 19 г) расщепления Д уменьшаются. Погрешности измерения 5Д = 2 %, 5 I] = 10 %. Аналитическая зависимость от перечисленных выше параметров имеет вида Установлена связь параметра затухания - (in /, / і/І) с безразмерной релаксационной постоянной а, рисунок 21 б. Важно, что существует критический параметр о , =7,3 10 ( когда 1 — моды практически не возбуждаются: //=з ы-Ю , в отличие от k-мод, возбуждение которых имеет место и для а = 0,12.
Возможности разработанных методов плоскостной локализации магнитных возбуждений в пленках можно расширить путем создания пространственной локализации возбуждений в градиентных полях с помощью четырехполюсного электромагнита /60/ . Прежде всего это необходимо для расширения измерений параметров локализованных потенциальной "ямой" поля Но возбуждений МСВ в ЭФГП при различных ориентациях Но относительно кристаллографических осей в плоскости магнитных слоев что ранее не реализовано и в наклонных магнитных полях. Это также важно для разработки термостабилизированных слоистых систем ЖИГ—полупроводник— магнитная система и, особенно для слоистых систем Ф - Д -высокотемпературный сверхпроводник в диапазоне температур 77 Каждый полюсный наконечник выполнен в виде соосной системы для создания аксиально симметричных магнитных полей, позволяющих управлять конфигурацией напряженностей, степенью локализации и глубиной "потенциальных ям", барьеров, градиентов в рабочей области образца, как это видно из рисунков 11.а и 17 а. Соосная система цилиндров и стержней имеет согласованные в четырех полюсных наконечниках фиксированные положения элементов, для создания воспроизводимых и требуемых величин напряженностей однородных и градиентных магнитных полей (см. рисунок 11 а).
Резонансная полость датчика магнитного резонанса в области полюсных наконечников сужена и заполнена диэлектриком с малыми потерями. Это необходимо для оптимизации самих полюсных наконечников и сохранения параметров резонансных полостей.
Сужение осуществляется на величину v, где є — диэлектрическая проницаемость диэлектрика с малыми потерями. Использован монокристалл лейкосапфира є - 11, б tg8 — 2,6 1(Г5. Ранее было использовано сужение волновода / 65 / и заполнение его диэлектриком для реализации ввода сверхрвысокочастотной мощности в кристаллической резонатор для исследования в широком диапазоне температур 1,6—550 К / 65 / при высоких и атмосферном давлениях.
