Введение к работе
Актуальность темы. Исследования частотных свойств феррпмагнетиков и разработка моделей их поведения в импульсных и переменных магнитных нолях представляют собой важное и быстро развивающее направление физики. Такие исследования расширяют представления о внутренних свойствах и структуре магнитных полупроводников и создают предпосылки для создания новых материалов с заданными свойствами для радиотехники, электроники, вычислительной техники, и активно разрабатываемых в последнее время накопителей информации на основе импульсной высокочастотной записи [А1, A3]. Увеличение объёма хранимой информации и улучшение характеристик, необходимых для внедрения новых носителей информации, основанных на импульсной высокочастотной записи, невозможно достичь без изучения механизмов взаимодействия ферритов с импульсными и переменными магнитными полями. Это в свою очередь предполагает более подробное исследование частотных зависимостей магнитной проницаемости (магнитных спектров), чем уже проведенные исследования и изучение поведения ферритов в импульсных высокочастотных магнитных полях. Несмотря на неоднократно предпринимавшиеся попытки описать процессы, обуславливающие поведение проницаемости в широком диапазоне частот [1-4], предсказание поведения магнитных свойств в высокочастотной области остается одной из самых сложных и нерешённых задач. Расчеты, полученные из рассмотренных моделей, как правило, достаточно хорошо описывают частотную зависимость проницаемости в узком интервале частот. Это может быть связано с большим количеством не учитываемых факторов: например, в большинстве рассмотренных моделеіі частотных свойств ферритов пренебрегают процессами вращения вектора намагниченности (ВВН) [4]. Другим, часто не учитываемым фактором.
Перше сокращения выделены жирным шрифтом
является размагничивающее поле, зависящее от пористости, формы и размеров образца. В большинстве моделей форма образца вообще не учитывается [1], тогда как она может играть определяющую роль, особенно при больших амплитудах переменных полей. При взаимодействии магнетиков с переменными полями идет процесс мапштоупругого или магнитоакустического взаимодействия. Отличие времени релаксации упругой подсистемы от спиновой подсистемы и наличие упругих нелинейностей приводит к возможности реального наблюдения импульсно высокочастотного эха (ИВЭ) и долговременной памяти (ДП) в ферритах. Исследования явлений ИВЭ дают важную информацию об условиях и степени магнитоакустического взаимодействия, магнитоупругих константах, величине и динамике внутренних магнитных полей. Наличие сильной связи магнитной и упругой подсистем кристаллов предполагает использование акустических методов для исследования ферритов, эффективных для решения ряда вопросов их диагностики, которые не могут быть решены другими методами. Важным и актуальным представляется вопрос об изменении магнитных и магнитоупругих свойств полупроводников в области ориентационных фазовых переходов, которые возникают при изменении внешних параметров и распространены в ряде магнетиков различной структуры. Область спиновой переориентации интересна как наиболее сильными изменениями внутренних полей, так и эффективности магнитоупругой связи, вследствие чего могут наблюдаться магнитные и акустические аномалии в кристаллах, изучение которых может продвинуть вопросы записи и считывания информации, так и разработки различных радиотехнических устройств. Например, в таких областях запись высокочастотной информации может быть более эффективной или вообще отсутствововать. Однако, однозначные закономерности в области ориентационных фазовых переходов часто не наблюдаются даже для ферритов близкого состава, поэтому такие исследования продолжают оставаться актуальными.
Настоящая работа посвящена развитию представлений о природе высокочастотных, магнитных и магнитоакустических свойств реш.ьны: полупроводниковых магнетиков и их применений в устройствах обработки и хранения информации. Развитие этих представлений и возможных приложений предполагает разработку моделей поведения магнитных полупроводников в импульсных и переменных магнитных полях и изменение их свойств в этих полях.
Научная новизна. Являются новыми и выносятся на защиту следующие основные положения:
-
Модель, позволяющая аппроксимировать частотные зависимости проницаемости поликристаллических ферритов в широком диапазоне частот, учитывающая как процессы движения доменных границ (ДГ), так и процессы вращения векторов намагниченности (ВВН).
-
Результаы экспериментов по влиянию на частотные спектры ферритов размеров и формы, пористости образцов. Аддитивность вкладов в коэффициент размагничивания от внутреннего коэффициента, определяемого внутренней структурой поликристаллов, и внешнего коэффициента, обусловленного размерами и формой феррита. Независимость доменной структуры ферритов в поликристалле от формы и размеров ферритов.
-
Метод определения времени релаксации магнитных моментов по экспериментальным частотным спектрам в много доменных ферритах.
-
Аномальное затухание ультразвуковых волн (УВ) в кристаллах марганец-цинковой шпинели (ІУІЦШ) нестехиометрического состава в области температур 240-270 К, которое связано со спин-переориентацпонным фазовым переходом (СПФП) и магнитоакустнческий резонанс (MAP) во внутренних полях на низких частотах в много доменном кристалле МЦШ.
-
Изменение характера магнитоупругих взаимодействий при увеличении частот УВ в МЦШ.
-
Механизм, закономерности возникновения и феноменологическая теория магнитоакустического эха (МАЭ) а порошках магнитомягких ферритов.
-
Результаты экспериментальных исследований поведения МАЭ при изменении амплитуды переменного и постоянного полей, температуры, содержания различных примесей, у-облучения, размеров частиц.
-
Модель, феноменологическая теория и механизм возникновения ДП в порошках ферритов, связанной с изменениями собственных акустических частот частиц.
-
Эксперименты по влиянию магнитного поля, температуры, микроструктуры на амплитуду и время релаксации сигналов ДП в порошках ферритов. Увеличение амплитуды и времени хранения сигналов ДП при увеличении концентрации примесей в ЖИГ. Эффекты памяти сигналами ДП амплитуды постоянного магнитного поля и температуры н порошках МЦШ.
-
Способ записи и считывания информации, основанный на частотной выборке.
Практическая значимость работы заключается в том, что вносит
существенный вклад в формирование современных представлений о природе
магнитных и магнитоакустнческих свойств реальных полупроводниковых
магнетиков и их применений в устройствах обработки и хранения
информации. Работа позволяет лучше понять поведение
магнитоупорядоченных сред в импульсных переменных магнитных полях, которое очень важно для большого числа практических приложений, о чем свидетельствуют 5 авторских свидетельств и патентов автора по данной теме. В частности, в данной работе предложен метод определения важнейших магнитных характеристик ферритов на основе аппроксимации частотных спектров, а также разделения вкладов движения ДГ и ВВП, их собственных частот и частот релаксации. Это позволяет прогнозировать свойства вновь синтезируемых феррнтоь и предлагать способы увеличения объёма хранимой информации в накопителях па оснозс чалотноп выборки. Установленные
закономерности высокочастотных, магнитоупругих взаимодействий расширяют возможности акустической диагностики ферритов и магнитных фазовых переходов, а также представляют интерес для дальнейшей разработки теории спонтанных и вынужденных переориентационных фазовых переходов. Обнаружение ДП с бесконечно большим временем релаксации и открытие эффектов памяти поля и температуры сигналами ДП позволит использовать явления МАЭ и ДП в запоминающих устройствах, программируемых линиях задержки и датчиках измерения напряженностей постоянного, переменного и импульсных магнитных полей.
Личный вклад автора в исследованиях поведения магнитоупорядоченных сред в импульсных и переменных магнитных полях заключается в выборе физических и математических моделей, разработке механизмов возникновения явлений и проведение большей части экспериментов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на: 6 конференции молодых ученых НИИФ ЛГУ (Ленинград, 1985), Выездной сессии Объединенного научного Совета АН СССР по физической и технической акустике (Ленинград, 1986); Всесоюзной конференции по памяти (Интегральные микросхемы памяти: проектирование, изготовление и применение) (Москва, МИЭТ, 1986); 13 Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике (Черновцы, 1986); 14 Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела. (Кишинев. 1989); Выездной сессии совета РАН по проблеме «физическая акустика твердого тела и акустоэлектроника» (Сыктывкар, 1993); Международном конгрессе по магнетизму (Стокгольм, 1993); XVI Всероссийской конференции с международным участием по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела (Сыктывкар, 1994); I Международном конгрессе по ультразвуку (Берлин, 1995); 15-ой международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 1996); научной сессии совета РАН по проблеме магнетизм (ИФП РАН, г. Москва, 1997); 1 Международном конгрессе по
ультразвуку (Yokohama, Japan, 1997); 16-ой международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, МГУ, 1998); научной сессии совета РАН по проблеме магнетизм (ИФП РАН, г. Москва, 1998), Международной конференции «Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах» (Махачкала, 1998 г.), XXVIII Международной зимней школе физиков-теоретиков (Екатеринбург, 2000). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 52 работы, список основных работ приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, Заключения, 2 частей, которые включают в себя девять глав и 5 приложений. Работа изложена на 360 страницах, включая 105 (из них 35 в приложениях) рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 320 наименований.