Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Интерес к изучению распространения сшшовых волн в магнитоупорядоченных средах обусловлен в значительной мере практическими потребностями СВЧ-техники. В настоящее время в магнитоэлектронике используется ряд устройств на основе магнитостатических колебаний и волн (МСВ) в пленках желе-зо-иттриевого граната (ЖИГ). Распространение МСВ обусловлено дипольним взаимодействием. Наряду с магнитостатическими волнами в ферромагнетиках существуют и более короткие спиновые волны, при распространении которых доминирующим является обменное взаимодействие. Будем называть такие волны обменными спиновыми волнами (ОСВ). Отметим, что по сравнению с МСВ обменные спиновые волны являются не только более короткими, но и более медленными волна-га. Это определяет перспективность использования ОСВ для создания миниатюрных и, возможно, гибридных СВЧ устройств. Существуют цве основные проблемы на пути разработки подобных устройств. Во-первых, необходимо обеспечить эффективное возбуждение- ОСВ, то эсть найти способы передачи энергии от длинной электромагнитной волны в короткую спиновую. Во-вторых, необходимо найти методы /правления дисперсионными характеристиками ОСВ. Обе эти задачи яогут быть решены при использовании неоднородных по толщине пленок ЖИГ. Поэтому исследование возбуждения и распространения облетан, спиновых волн.в ферритовых пленках с неоднородными по толщине магнитными параметрами является актуальным. Кроме того, тодобное исследование, позволяет проводить контроль степени однородности ферритовых пленок, что весьма важно при оценке качества новых материалов, технология роста которых находится в стадии разработки.
Следует отметить; что изучение обменных спиновых волн интересно как с практической, так и с фундаментальной точки зрения. Цлина волны ОСВ сопоставима с длинами волн звука и света, поэтому спиновые волны могли бы быть важным объектом и инструментом цля исследования взаимодействия между колебаниями различных Титов.
Цель настоящей работы состояла в исследовании:
- спин-волнового резонанса в пленках железо-иттриевого гра-
ната с неоднородными по толщине магнитными параметрами;
возбуждения и распространения импульсов обменных спиновых волн в неоднородных пленках ЖИГ;
особенностей взаимодействия спиновых и акустических волн в неоднородных пленках КИТ;
ферритовых пленок нетрадиционных для магнитоэлектроники составов: висмутсодержащих ферритовых пленок и пленок ЖИГ, леги-ровнных Ga и Sc.
Научная новизна работы состоит в том, что:
-
Впервые осуществлено широкополосное (в частотной полосе порядка 1 ГГц) эффективное линейное возбуждение бегущих обменных спиновых волн с волновыми числами вплоть до q = 3105 см-1.
-
Исследованы частотные характеристики времени задержки импульсов обменных спиновых волн, распространяющихся по толщине неоднородной пленки ЖИГ.
-
Разработана методика неразрушаицего восстановления профиля произвольного монотонного изменения магнитной неоднородности (эффективной намагниченности) по толщине ферритовой пленки.
-
На частотах 9-16 ГГц впервые осуществлено и исследовано возбуждение акустических волн в неоднородной по толщине пленке железо-иттриевого граната.
-
Обнаружена сильная частотная зависимость ширины линии ферромагнитного резонанса в легированных пленках ЖИГ с пониженной намагниченностью.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Эффективное возбуждение и распространение обменных спиновых волн с волновыми числами q ~ іО5 см-1 может быть экспериментально реализовано в пленках железо-иттриевого граната, обладающих одновременно значительным изменением магнитных параметров пс толщине и малыми потерями в СВЧ диапазоне.
-
При фиксированной величине и направлении внешнего магнитного поля характер частотной зависимости времени задержки импульса ОСВ, распространяющегося по толщине ферритовой пленки, определяется профилем магнитной неоднородности.
-
Неоднородные пленки ЖИГ позволяют осуществить эффективно? возбуждение акустических волн на СВЧ частотах. Максимальная частота возбуждения звука определяется перепадом эффективной намаг-
ниченности.
4. В легированных Ga и Sc пленках ЖИГ с пониженным значением намагниченнсти насншения ширина линии 4*0? 2АН в частотном диапазоне 0,5-9 ГГц прямо пропорциональна частоте и обратно пропорциональна величине намагниченности, в то время как в пленках чистого ЖИГ на частотах 2,5 - 10 ГГц ширина линии ФМР остается примерно постоянной.
Практическая ценность полученных результатов определяется следующим:
-
Проведенные исследования по изучению распространения импульсов ОСВ в пленках железо-иттриевого граната с неоднородными по толщине магнитными параметрами показывают возможность создания линий задержки с различными заданными зависимостями времени задержки от частоты. Рассчитаны профили изменения эффективной намагниченности, обеспечивающие получение как бездисперсионных линий задержки, так и линий задержки с линейной зависимостью времени задержки от частоты.
-
Показано, что на основе ОСВ может быть получена бездисперсионная линия задержки, абсолютное значение времени задержки которой изменяется в зависимости от направления внешнего магнитного поля.
-
Продемонстрирована возможность сдвига частоты задержанного импульса ОСВ с помощью скачкообразного во времени изменения внешнего магнитного поля.
-
Эксперименты по возбуждению акустических волн на частотах 1-16 ГГц показывают перспективность использования неоднородных пленок ЖИГ для возбуждения гиперзвука.
-
Исследования легированных Ga и Sc пленок ЖИГ показали возможность создания перестраиваемых с помощью магнитного поля частотно-селективных устройств, работающих в метровом диапазоне и имеющих малые потери.
-
Проведенные исследования показали, что при оценке качества пленок, предназначенных для создания устройств на МСВ, целесообразно проведение тестирования степени однородности пленок. Кроме того, при оценке качества пленок необходимо учитывать наличие сильной частотной зависимости ширины линии ФМР в легированных пленках ЖИГ с пониженной намагниченностью.
Апробация результатов. Основные результаты, изложенные в работе, докладывались на XI Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике (Алушта, 1992 г.)і на Международной конференции "Акусто-электро 93" (Санкт-Петербург, 1993 г.), на VI школе-семинаре по спин-волновой электронике СВЧ (Саратов, 1993 г.), на XIII и XIV Всеогозных школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)" (Астрахань, 1992 г.; Москва, 1994 г.), на Семинарах по спиновым волнам (Санкт-Петербург, 1992, 1994 гг.), на Международной конференции по поверхностным волнам в твердых телах и слоистых структурах (Санкт-Петербург, 1994 г.), на международных конференциях по магнетизму ( МММ-93, Minneapolis 1993; MMM-Intermag, Albuquerque 1994; ICM'94, Warsaw 1994), а также на семинарах в ИРЭ РАН и в институте физических проблем РАН.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 22 печатные работы.
Объем и структура диссертации, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и изложена на Ц7 страницах, включающих 86 страниц текста и 31.рисунок.
