Введение к работе
Актуальность темы. Успехи, достигнутые на рубеже 70-х ч)дов в технологии выращивания монокристаллических пленок селезо-иттриевого граната (ШГ) с малыми магнитными потерями, а позднее - ряда пленок с различной величиной намаг-шченности насыщения, породили значительный интерес к сверх-эысокочастотным спин-волновым процессам, на основе которых зозможно создание различных устройств обработки сигналов. I настоящее время исследования вступили в фазу практической реализации устройств с требуемыми характеристиками. Достиг-чутые на сегодняшний день результаты позволяют сделать вывод о том, что сформировалось новое направление сверхвысокочастотной электроники - спин-волновая электроника (СВЭ).
Основными физическими процессами, лежащими в основе функционирования устройств СВЭ, являются возбуждение и распространение спиновых волн (СВ). В последние годы процессы возбуждения и распространения СВ находятся в стадии интенсивного исследования. Наиболее строгое описание волновых процессов в тонких "ферромагнитных пленках дает теория, учитывающая наряду с диполь-дипольным и неоднородное обменное взаимодействие, а также особенности состояния спинов на поверхностях пленки (обменные граничные условия). Основные результаты дипольно-обменной теории спектра и возбуждения спиновых волн получены в предположении значительного превышения ширины волноведутей структуры над длиной спиновой волны (см., например, [і]). Однако во многих устройствах для канализации спиновых волн используются ограниченные по ширине волноведущие структуры, называемые обычно волноводами. Волноводы к настоящему времени исследованы слабо. Известно только несколько работ, посвященных расчету спектра СВ в ограниченных по ширине волноведущих структурах (волноводах СВ) для конкретных ориентации подмагничивающего поля.
В ряде работ (см., например,t^J рассматривалось влияние дифракционных эффектов на возбуждение и распространение СВ в широких ферромагнитных пленках. Однако случай произвольной ориентации подмагничивания практически не исследован.
Целью диссертационной работы является построение теории
- г -
спектра и возбуждения дипольно-обменных спиновых волн в волноводах СВ (BGB), а также исследование дифракционных эффектов при возбуждении и распространении спиновых волн в широких ферромагнитных пленках.
В соответствии с поставленной целью основными задачами диссертационного исследования являются:
-
Теоретическое и экспериментальное исследование дисперсии дипольно-обменных спиновых волн в пленочных волноводах.
-
Теоретическое и экспериментальное исследование возбуждения пленочных волноводов спиновых волн, намагниченных под произвольным углом к поверхности.
J. Теоретическое и экспериментальное исследование дифракционных эффектов в широких пленках, намагниченных под произвольным углом к поверхности.
4. Исследование возможности реализации многоканального фильтра на основе анизотропных своііств поверхностных спиновых волн, а также устройств с широкой перестройкой по частоте на основе пленочных волноводов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
і. Рассмотрена дифракция спиновых волн в широких ферромагнитных пленках, намагниченных пои произвольным углом к поверхности. Предложена простая форма записи функции Грина точечного источника в анизотропной среде, достаточно точно описывающая угловое распределение дифракционного поля в дальней зоне.
-
Построена теория возбуждения волновода спиновых волн, однородно намагниченного под произвольным углом к поверхности.
-
Рассчитано погонное сопротивление излучения для микрополоскового преобразователя, возбуждающего волновод спиновых волн, намагниченных под произвольным углом к поверхности.
-
Экспериментально исследованы дисперсионные характеристики спиновых волн в широкой ферромагнитной пленке для случаев несовпадения направлений фазовой и групповой скоростей.
б. Теоретически и экспериментально исследована фокусировка СВ в касательно намагниченной пленке.
и. Исследованы диаграммы направленности преобразователей, возбуждающих СВ в широких пленках при произвольном направлении подмагничивания.
Наиболее существенными для практического использования являются следующие результаты:
1. Предложена простая форма записи функции Грина точечного источника СВ, с хорошей точностью описывающая угловое распределение дифракционного поля в дальней зоне и значительно упрощающая расчет диаграмм направленности.
Z. Разработана методика исключения дифракционных потерь при локальном контроле качества ферритовых пленок.
-
Разработана методика многоканальной фильтрации, основанная на анизотропных свойствах поверхностных спиновых волн в касательно намагниченной пленке.
-
Теоретически и экспериментально исследованы диаграммы направленности микрополосковых преобразователей, возбуждающих спиновые волны в пленках, намагниченных под произвольным углом к поверхности. Обнаружена область углов подмагничивания, в которой происходит значительное подавление дифракционной расходимости спиновых волн даже в том случае, когца длина преобразователей сравнима с длиной СВ.
-
Получено простое приближенное, но достаточно точное дисперсионное уравнение, описывающее спектр СВ в волноводе, намагниченном под произвольным углом к поверхности.
-
Получены выражения для погонного сопротивления излучения преобразователя, возбуждающего волновоц СВ, намагниченный под произвольным углом к поверхности. Преобразователь может быть нагружен на произвольную комплексную нагрузку.
-
Разработаны и реализованы базовые конструкции генераторов и фильтров на СВ с широкой перестройкой.
Научные положения, выносимые на защиту.
I. Угловое распределение A (
соотношением
ШЛ7~/ ' -ікі-соьВ-кі
где лЧ - приращение угла направления вектора фазовой скорости; д<- соответствующее ему приращение угла направления
вектора групповой скорости; Р - угол между направлениями векторов фазовой и групповой скорости; cL - величина диэлектрического зазора между источником и пленкой. И. В случае ферромагнитной пленки, намагниченной под произвольным углом к поверхности, существует область углов подмагничивания (В~80), в которой происходит значительное подавление дифракционной расходимости монохроматической СВ даже при малой апертуре возбуждающего преобразователя. Названный эффект связан с тем, что в этой области углов подмагничивания слаба зависимость ориентации вектора групповой скорости от ориентации вектора фазовой скорости возбуждаемых СВ.
-
Спектр касательно и продольно намагниченного пленочного волновода вблизи нижней границы существования поверхностных СВ fi. имеет "цель", делящую спектр на зоны, располагающиеся выше и ниже fj. . Наличие "щели" объясняется гибридизацией дисперсионных ветвей низшей волноводной моды с модами высших "толщинных" типов.
-
Использование косо намагниченных пленочных волноводов в спин-волновых приборах, например в линиях задержки, позволяет получать гладкие АЧХ, несмотря на многомодовость спектра волн волноводов. Это связано с близостью групповых скоростей волноводных типов волн в таких волновоцах. Близость групповых скоростей приводит к тому, что относительный фазовый сдвиг межоу модами слабо изменяется во всей рабочей полосе частот, что, в свою очередь, приводит к отсутствию пульсации на АЧХ устройства.
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были представлены на:
Всесоюзной школе-семинаре "Спин-волновая электроника СВЧ" (г. Ашхабац, 1985 г.).
Всесоюзном семинаре "Устройства функциональной СВЧ электроники" (г. Киев, 1987 г.).
Конференции "Расчет, конструирование и технология изделий электронной техники для измерительных систем" (г. Саратов, 1989 г.К
Международной конференции "' Ll1 J-1'1 г"''tj"''l] :"lu '"* r.v;,cc он uicrowavv; J'.-rritos JlUI.j" So" U:jtar-^o^-uuu.yiry, 1 98<'l) .
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит ил введения, четырех глас, заключения и списка литературы, включающего 71 наименование.
