авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< 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

Дипольно-обменные спиновые волны в периодических структурах на основе тонких ферромагнитных пленок

На правах рукописи

Григорьева Наталия Юрьевна

ДИПОЛЬНО-ОБМЕННЫЕ СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ В ПЕРИОДИЧЕСКИХ

СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ ТОНКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНОК

Специальность: 01.04.03 – Радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург – 2009

2

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете “ЛЭТИ” им. В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель – доктор физико-математических наук, профессор Калиникос Борис Антонович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Фетисов Юрий Константинович, доктор физико-математических наук, с.н.с. Локк Эдвин Гарривич

Ведущая организация – ОАО "НИИ "Феррит-Домен"

Защита диссертации состоится “13” мая 2009 г. в часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.08 Санкт-Петербургского госу дарственного электротехнического университета “ЛЭТИ” им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан “ 3 ” апреля 2009 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, к.т.н, доцент Смирнов Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Сверхвысокочастотные свойства многослойных, а так же планарных периодических структур, изготовленных на основе тонких ферро магнитных пленок, активно исследовались в 70-е годы прошлого столетия [1-9]. В последние 10-15 лет интерес к исследованию таких структур снова возрос в связи с существенным прогрессом технологии получения тонких ферромагнитных пленок и пленочных структур с заданными параметрами. Возникло новое направление спин-волновой электроники, связанное с получением и исследованием строго пе риодических структур на основе магнитных материалов – метаматериалов или маг нонных кристаллов [10-13]. Размерные эффекты, невзаимность дисперсионных свойств, сильная поверхностная и объемная анизотропия пленочных материалов – все это способствует формированию уникальных характеристик распространения спиновых волн в тонкопленочных ферромагнитных периодических структурах.

Одним из перспективных направлений сверхвысокочастотной микроэлектро ники и наноэлектроники является создание магнитных материалов с заранее задан ными дисперсионными свойствами. Очевидно, что многослойные структуры с пе риодическим и непериодическим чередованием магнитных и немагнитных слоев, а также планарные периодические структуры являются функционально более гибки ми и обладают большими возможностями управления дисперсионными характери стиками, чем однородные ферромагнитные пленки. Таким образом, область приме нения многослойных и планарных периодических магнитных структур гораздо ши ре, чем у одиночных ферромагнитных пленок. В частности, периодические струк туры применяются в СВЧ электронике, в магнитных (магниторезистивных) голов ках, а также в устройствах записи, обработки и хранения информации.

Экспериментальные исследования дисперсионных и нелинейных свойств то копленочных магнитных периодических структур, выполненные в последние годы, выявили ряд интересных особенностей, которые требуют всестороннего теоретиче ского анализа. Такой анализ невозможен без построения строгой теории дипольно обменного спектра спиновых волн, которая, с одной стороны, учитывает все основ ные особенности волновых явлений в токопленочных магнетиках, а, с другой сто роны, пригодна для разработки достаточно простой методики расчета дисперсион ных характеристик спиновых волн в зависимости от конкретных параметров рас сматриваемой структуры.

Из-за большого разнообразия исследуемых структур и различных теоретиче ских подходов на момент начала работы над диссертацией не существовало единой теории, удобной как для физической интепретации, так и для адекватного расчета дипольно-обменного спектра многослойных структур типа феррит-диэлектрик с произвольными магнитными и геометрическими параметрами. К таким параметрам относятся толщина магнитных слоев, величина намагниченности насыщения, тип поверхностной и объемной анизотропии, величина и направление внешнего маг нитного поля, величина межслойных промежутков и др. В то же время, например, физически было понятно, что в слоистых структурах, построенных на основе тон ких ферромагнитных пленок, объемная и поверхностная анизотропия могут играть ведущую роль в формировании спектра собственных возбуждений.

Заметим также, что в настоящее время изучение волновых процессов в пла нарных периодических магнитных структурах становится особенно актуальным в связи с исследованиями нелинейных процессов в магнонных кристаллах и магнит ных сверхрешетках. В последние несколько лет был опубликован ряд эксперимен тальных и теоретических работ, посвященных исследованию дисперсионных и не линейных характеристик магнитных планарных периодических наноструктур. Ана лиз такого рода структур невозможен без последовательного теоретического описа ния зависимости спектров спиновых волн свободных и экранированных ферромаг нитных пленок от величины и типа поверхностной анизотропии при симметричном и асимметричном закреплении спинов. Такого теоретического описания к моменту начала работы над диссертацией не существовало.



Целью диссертационного исследования является построение теории диполь но-обменных спиновых волн в многослойных и планарных периодических структу рах на основе тонких ферромагнитных пленок с учетом объемной и поверхностной анизотропии.

В соответствии с поставленной целью основными задачами диссертационного исследования являются:

1. Построение теории дипольно-обменных спиновых волн, распространяю щихся в многослойных феррит-диэлектрических структурах, намагниченных под произвольным углом к поверхности, учитывающей объемную и поверхностную анизотропию исходных ферромагнитных пленок.

2. Анализ влияния степени закрепления поверхностных спинов на форму спек тра спиновых волн в многослойных структурах на основе тонких ферромагнитных пленок.

3. Анализ влияния степени закрепления поверхностных спинов (поверхност ной анизотропии) и геометрических параметров структуры на дисперсионные ха рактеристики дипольно-обменных спиновых волн в многослойных феррит диэлектрических структурах с периодическим чередованием магнитных и немаг нитных слоев.

4. Анализ влияния типа поверхностной анизотропии и величины параметра закре пления поверхностных спинов на дисперсионные характеристики дипольно-обменных спиновых волн в свободных и экранированных с одной стороны ферромагнитных плен ках с симметричным и асимметричным закреплением поверхностных спинов.

5. Построение теории планарных периодических структур на основе одиночных тонких ферромагнитных пленок с учетом объемной и поверхностной анизотропии.

6. Исследование зависимости ширины запрещенных зон в спектре спиновых волн планарной периодической структуры, состоящей из ферромагнитной пленки с периодической решеткой металлизации вблизи ее поверхности, от параметра закре пления поверхностных спинов и геометрических параметров структуры.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Построена теория дипольно-обменных спиновых волн в многослойной фер рит-диэлектрической структуре, одновременно учитывающая межслойное и внут рислойное диполь-дипольное и обменное взаимодействия в спин-системе, а также объемную и поверхностную анизотропию во всех магнитных слоях структуры. На примере двухслойной структуры проведен анализ зависимости межмодового внут рислойного и межслойного взаимодействия от толщины ферромагнитных пленок и немагнитных промежутков, а также от степени закрепления спинов на поверхности ферромагнитных пленок.

2. В аналитической форме решена задача о спектре дипольно-обменных спи новых волн в многослойной периодической феррит-диэлектрической структуре с частично закрепленными поверхностными спинами и проведен анализ зависимости дисперсионных характеристик структуры от толщины ферромагнитных пленок и немагнитных промежутков, а также от степени закрепления спинов на поверхности ферромагнитных пленок.

3. Проведен детальный анализ влияния величины и типа поверхностной анизо тропии на спектр спиновых волн и степень гибридизации спин-волновых мод в пер пендикулярно и касательно намагниченных свободной и экранированной с одной стороны ферромагнитной пленке с симметрично и асимметрично закрепленными по верхностными спинами. В частности, показано, что при наличии поверхностной ани зотропии типа «легкая плоскость» на одной или обеих поверхностях пленки в струк туре возникают одна или две поверхностные моды независимо от направления внешнего подмагничивания. Обнаружено, что эти поверхностные моды могут нахо диться в условиях фазового синхронизма как друг с другом, так и с объемными мо дами структуры, образуя дипольные «щели» в спектре спиновых волн.





4. Построена теория расчета дисперсионных характеристик дипольно обменных спиновых волн в планарных периодических структурах и проведен анализ зависимости ширины и положения запрещенных зон в спектре спиновых волн от геометрических параметров структуры и степени закрепления поверхностных спи нов. Теоретические расчеты хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными для планарной периодической структуры, состоящей из ферромагнит ной пленки с периодической решеткой металлизации вблизи ее поверхности.

Новые научные результаты, полученные в ходе выполнения работы, позволили сформулировать научные положения, выносимые на защиту:

1. Форма спектра спиновых волн и дипольная гибридизация спин-волновых мод многослойной феррит-диэлектрической структуры определяется взаимной ориентаци ей осей магнитной кристаллографической анизотропии различных слоев структуры.

2. В многослойных периодических структурах, состоящих из чередующихся фер ромагнитных и диэлектрических слоев, спектр сверхвысокочастотных спиновых волн в значительной степени определяется межслойным диполь-дипольным взаимодействием.

Однако, спин-волновые моды различных ферромагнитных пленок структуры, дипольно не взаимодействуют друг с другом, если толщина немагнитных промежутков больше, чем длина спиновой волны в анализируемой части спектра спиновых волн.

3. В слоистых структурах на основе ферромагнитных пленок с поверхностной анизотропией типа «легкая плоскость» в спектре дипольно-обменных спиновых волн всегда существуют поверхностные моды независимо от направления постоянного на магничивания. Поверхностные спин-волновые моды в точках фазового синхронизма ре зонансно взаимодействуют как друг с другом, так и с объемными модами структуры.

4. В спектре планарной периодической структуры, образованной ферромаг нитной пленкой с периодической металлизацией на ее поверхности, различие в ши рине первой запрещенной зоны для случаев закрепленных и свободных поверхно стных спинов достигает 40%, а смещение центра первой запрещенной зоны (на час тотах шестисантиметрового диапазона длин волн) происходит в диапазоне несколь ких десятков мегагерц.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что в про цессе ее выполнения:

1. Заложена теоретическая база для разработки нового класса устройств сверхвысокочастотного диапазона, основанных на многослойных и планарных пе риодических магнитных пленочных структурах.

2. Получены соотношения и разработана обобщенная блок-схема алгоритма расчета дисперсионных характеристик многослойных феррит-диэлектрических структур, пригодная для формализации процесса численного решения дисперсион ного уравнения в рамках теории спин-волновых мод;

эти соотношения и алгоритм могут быть использованы для проектирования перестраиваемых СВЧ устройств на основе многослойных магнитных волноведущих структур.

3. Показано, что, несмотря на сильное межслойное диполь-дипольное взаимо действие, в многослойных периодических феррит-диэлектрических структурах, магнитные пленки структуры можно считать независимыми, если расстояние меж ду ними больше, чем длина волны в анализируемой части спектра спиновых волн.

4. Проведен анализ влияния металлического экрана, находящегося вблизи ферромагнитной пленки, имеющей поверхностную анизотропию типа «легкая плоскость», на спектр дипольно-обменных спиновых волн. Показано, что это влия ние различно для поверхностных и объемных мод. В частности обнаружено, что с увеличением толщины пленок объемные моды практически перестают "чувство вать" металлический экран, в то время как для поверхностных мод влияние экрана усиливается. При асимметричном закреплении поверхностных спинов межмодовое взаимодействие оказывается сильнее, если ближайшая к экрану поверхность фер ромагнитной пленки имеет более свободные поверхностные спины, чем на проти воположной стороне пленки.

5. Проведен анализ дисперсионных характеристик спиновых волн, распро страняющихся в планарных периодических структурах, и выявлены оптимальные параметры структур с точки зрения их применения для фильтрации СВЧ сигналов.

6. Разработана методика расчета спектров спиновых волн в планарных периодиче ских структурах на основе тонких ферромагнитных пленок, основанная на совместном применении аналитического аппарата спин-волновых мод и формализма матриц пере дачи. Предложенная методика адекватно отражает экспериментально наблюдаемые эф фекты и может быть использована для проведения оценочных инженерных расчетов при создании линейных и нелинейных спин-волновых приборов нового поколения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доклады вались и обсуждались на ряде конференций и семинаров различного уровня: на мо сковских Международных симпозиумах по магнетизму (MISM) (Москва, 2005 и 2008), на Международной конференции ИНТЕРМАГ (IEEE International Magnetics Conference) (Испания, Мадрид, 2008), на втором международном конгрессе по пе редовым электромагнитным материалам в оптике и СВЧ (METAMATERIALS’2008) (Испания, Памплона, 2008).

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссерта ции опубликованы в 9 печатных работах, среди которых две публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Кроме того, по результатам диссертационной работы опубликованы две научные моно графии. Часть результатов опубликована в материалах четырех международных на учно-технических конференций. Список печатных работ автора по теме диссерта ции приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введе ния, четырех глав с выводами и заключения. Основная часть работы изложена на 132 страницах машинописного текста, включает 63 рисунка, 3 приложения и со держит список литературы из 122 наименований, среди которых 46 работы отечест венных авторов и 76 работ иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы основные цели и задачи работы, показаны научная новизна и практическая значи мость полученных результатов, даны сведения о структуре и содержании работы, а также сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 «Теория дипольно-обменных спиновых волн в многослойных феррит диэлектрических структурах» посвящена построению теории нормальных спино вых волн в однородно намагниченной под произвольным углом к поверхности пле нок многослойной феррит-диэлектрической структуре при одновременном учете межслойного и внутрислойного диполь-дипольного и обменного взаимодействия, а также при наличии в ферромагнитных пленках объемной и поверхностной анизо тропии произвольного типа.

Первый параграф данной главы посвящен обзору современного состояния тео рии спиновых волн в магнитных многослойных структурах. Обзор имевшейся ли тературы показал, что несмотря на огромное количество опубликованных работ раз нообразие рассматриваемых структур и математических моделей для их описания не позволяло построить общую картину формирования спектра спиновых волн в слои стых структурах. На момент начала работы над диссертацией не существовало по следовательной теории, учитывающей одновременно обменное и диполь-дипольное взаимодействие, а также поля объемной и поверхностной анизотропии в много слойной спин-системе. Все имеющиеся теории описывали только некоторые част ные случаи и использовали те или иные приближения. Кроме того, обзор показыва ет актуальность рассматриваемой задачи, поскольку в настоящее время физические процессы, определяющие свойства многослойных структур, находятся в стадии ин тенсивного исследования. Более того, анализ современного состояния исследований в области волновых процессов в многослойных и периодических структурах на ос нове магнитных пленок показывает, что формируется новое направление наноэлек троники – магнитные метаматериалы. В заключение обзора литературы сформули рованы цели первой части диссертационной работы.

В последующих параграфах подробно описывается метод совместного интег рирования уравнения движения намагниченности и уравнений Максвелла, осно ванный на представлении дипольного поля внутри и вне пленок с помощью тензор ных функций Грина системы уравнений электродинамики и разложении перемен ной намагниченности по собственным функциям линейного дифференциального оператора со смешанными обменными граничными условиями. Производится ана лиз различных типов межслойного взаимодействия. Выводятся точные и прибли женные дисперсионные соотношения, в явном виде описывающие закон дисперсии спиновых волн в многослойных феррит-диэлектрических структурах с учетом об менного и диполь-дипольного взаимодействия, а также полей объемной и поверх ностной анизотропии. (Под феррит-диэлектрических структурой в данном случае понимается многослойная структура, состоящая из чередующихся ферромагнитных и диэлектрических слоев.) В последнем параграфе главы на примере рассмотрения перпендикулярно на магниченной двухслойной структуры исследуются зависимости формы спектра и степени гибридизации спин-волновых мод от степени закрепления поверхностных спинов и геометрических параметров структуры.

Глава 2 «Спектр дипольно-обменных спиновых волн в периодических много слойных структурах на основе тонких ферромагнитных пленок» посвящена рас смотрению практически важного случая многослойной феррит-диэлектрической структуры – периодической многослойной структуры. В данной главе впервые в аналитической форме (в диагональном приближении теории возмущений) получе ны выражения, описывающие спектр спиновых волн в многослойной периодиче ской феррит-диэлектрической структуре с частичным закреплением поверхностных спинов. Теоретически доказано, что в периодической многослойной структуре межслойное диполь-дипольное взаимодействие приводит к формированию зон раз решенных состояний в спектре спиновых волн за счет «расщепления» исходно вы рожденных дисперсионных кривых.

В первых двух параграфах дается классификация магнитных периодических многослойных структур и подробно рассматриваются особенности распростране ния спиновых волн в таких структурах. Формулируются цели данной главы. В по следующих параграфах выводятся точное и приближенное дисперсионные соотно шения для дипольно-обменных спиновых волн, распространяющихся в периодиче ской многослойной структуре в плоскости пленок, и анализируется влияние раз личных параметров на дисперсионные характеристики спиновых волн, в частности, на форму спектра и ширину зон разрешенных состояний. Особое внимание уделя ется определению «критерия независимости» отдельных пленок структуры. Пока зывается, что дипольно взаимодействующие ферромагнитные пленки в многослой ной периодической структуре можно считать независимыми, если расстояние меж ду ними больше, чем длина волны в анализируемой части спектра спиновых волн.

Глава 3 «Исследование влияния поверхностной анизотропии на дисперсион ные характеристики дипольно-обменных спиновых волн в тонких ферромагнитных пленках» посвящена изучению влияние типа поверхностной анизотропии и величи ны параметра закрепления поверхностных спинов на спектр спиновых волн в сво бодных и экранированных тонких ферромагнитных пленках.

В первых двух параграфах рассматриваются различные виды обменных гра ничных условий, определяются типы поверхностной анизотропии, дается обзор экспериментальных работ по исследованию влияния величины параметра закрепле ния поверхностных спинов на спектр спиновых волн в тонких ферромагнитных пленках, а также формулируются цели данной главы.

В третьем параграфе детально исследуется характеристическое уравнение для смешанных обменных граничных условий Радо-Уиртмена, определяющее допусти мые значения поперечных волновых чисел для спин-волновых мод и строится диа грамма комплексных решений данного уравнения. В четвертом параграфе исследу ется влияния типа поверхностной анизотропии и величины параметров закрепления поверхностных спинов на форму спин-волновых мод при симметричном и асим метричном закреплении поверхностных спинов.

В последнем параграфе рассматриваются особенности спектров спиновых волн в свободных и экранированных с одной стороны перпендикулярно и касатель но намагниченных ферромагнитных пленках, имеющих различные параметры за крепления поверхностных спинов. Приводятся спектры спиновых волн, рассчитан ные в первом порядке теории возмущений, для двух типов поверхностной анизо тропии: типа «легкая ось» и типа «легкая плоскость» для двух направлений внеш него магнитного поля (Рис. 1). Анализируется влияние симметричного и асиммет ричного закрепления поверхностных спинов и типа поверхностной анизотропии на границах ферромагнитной пленки на дипольную гибридизацию спектра спиновых волн. Отмечается возможность управления дисперсионными характеристиками спи новых волн в ферромагнитных пленках с помощью контролируемого изменения параметра закрепления поверхностных спинов.

Рис. 1. Спектры спиновых волн: а – в перпендикулярно намагниченной, б – в касательно намагниченной (вдоль направления распространения спиновой волны) свободной и экранированной ферромагнитной пленке при сильной поверхностной анизотропии типа «легкая плоскость». Тонкие линии на графике отвечают спектрам экранированной пленки, жирные линии – спектру свободной пленки. Параметры расчета: M0 = 140 кА/м, H0 = 100 кА/м, 1 = 2 =, b=0.1 мкм Глава 4 «Дисперсионные характеристики спиновых волн в планарных перио дических структурах на основе ферромагнитных пленок» посвящена построению теории планарных периодических структур на основе тонких ферромагнитных пле нок с произвольными параметрами.

В первом параграфе дается обзор современного состояния исследований в об ласти планарных периодических структур на основе ферромагнитных пленок.

В следующих трех параграфах развивается теория спиновых волн в магнитных планарных периодических структурах, на основе совместного применения аналитиче ского аппарата спин-волновых мод и формализма матриц передачи. Отмечаются осо бенности применения аппарата матриц передачи в случае магнитных структур с не взаимным характером дисперсионных зависимостей.

В последующих параграфах исследуются дисперсионные характеристики спи новых волн, распространяющихся в касательно намагниченной периодической структуре, образованной фер ромагнитной пленкой с ре шеткой металлизации, распо ложенной вблизи ее поверх ности. В частности, рассчиты ваются зависимости ширины и положения запрещенных зон в спектре спиновых волн в зависимости от параметра за крепления поверхностных спинов, от периода и коэффи циента заполнения решетки металлизации, а также от рас стояния между поверхностью ферромагнитной пленки и решеткой металлизации. В последнем параграфе главы производится сравнение рас четных дисперсионных харак теристик с результатами экс периментальных исследова Рис. 2. а – теоретическая дисперсионная зависимость ний (Рис. 2).

планарной периодической структуры, б – теоретиче В Заключении перечис- ская зависимость потерь на распространение спиновых лены основные результаты волн от их частоты, в – экспериментальная частотная зависимость коэффициента передачи спиновых волн в диссертационной работы.

планарной периодической структуре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Построена теория дипольно-обменных спиновых волн, распространяющих ся в плоскопараллельных многослойных магнитных структурах, состоящих из про извольного числа чередующихся ферромагнитных и диэлектрических слоев, намаг ниченных под произвольным углом к поверхности. Построенная теория позволяет учесть как диполь-дипольное и обменное взаимодействия в спин-системе ферро магнетика, так и влияние кристаллографической и поверхностной анизотропии на дисперсионные характеристики структуры в целом. Показано, что наличие магнит ной кристаллографической анизотропии ферромагнитных слоев приводит к зави симости спектра спиновых волн многослойной феррит-диэлектрической структуры от взаимной ориентации кристаллографических осей в различных слоях структуры.

2. Проведен анализ процессов формирования дипольно-обменного спектра спиновых волн, распространяющихся в плоскости пленок многослойной периоди ческой феррит-диэлектрической структуры. Исследована зависимость дисперсион ных характеристик спиновых волн от геометрических параметров многослойной структуры и от величины закрепления поверхностных спинов в ферромагнитных слоях системы. Показано, что дипольно взаимодействующие ферромагнитные пленки в многослойных периодических структурах, состоящих из чередующихся ферромагнитных и диэлектрических слоев, можно считать независимыми в том случае, когда расстояние между ними больше, чем длина спиновой волны в анали зируемой части спектра.

3. Впервые проведено исследование зависимости формы спектра спиновых волн и степени гибридизации спин-волновых мод от типа поверхностной анизотро пии и величины параметра закрепления поверхностных спинов для свободной и эк ранированной с одной стороны ферромагнитной пленки при симметричном и асимметричном закреплении поверхностных спинов. В частности, установлено, что наличие поверхностной анизотропии типа «легкая плоскость» на одной или обеих поверхностях ферромагнитной пленки приводит к возникновению в структуре од ной или двух поверхностных мод независимо от направления внешнего подмагни чивания. Показано, что эти поверхностные спин-волновые моды могут находиться в условиях фазового синхронизма и резонансно взаимодействовать как друг с дру гом, так и с объемными модами структуры, образуя дипольные «щели» в спектре спиновых волн. Обнаружено, что наличие металлического экрана вблизи поверхно сти ферромагнитной пленки может, как увеличивать, так и подавлять межмодовое взаимодействие внутри ферромагнитной пленки. При асимметричном закреплении поверхностных спинов межмодовое взаимодействие оказывается сильнее, если ближайшая к экрану поверхность пленки имеет более свободные поверхностные спины, чем на противоположной стороне.

4. Построена теория дипольно-обменных спиновых волн в планарных перио дических структурах на основе тонких ферромагнитных пленок с произвольными параметрами. Предложенная теория строго описывает зонную структуру спектра спиновых волн в планарных периодических структурах различной природы и гео метрии. На основе полученных соотношений проведен анализ зависимости ширины и положения запрещенных зон в спектре спиновых волн от геометрических пара метров структуры и степени закрепления поверхностных спинов. В планарной пе риодической структуре, образованной ферромагнитной пленкой и размещенной вблизи нее решеткой металлизации, ширина и положение первой запрещенной зо ны существенно зависит от параметров закрепления спинов на поверхностях маг нитной пленки. При этом различие в ширине запрещенной зоны для структур на основе ферромагнитных пленок с закрепленными и свободными поверхностными спинами достигает 40 %, а смещение центра запрещенной зоны происходит в ин тервале величиной в нескольких десятков мегагерц. Проведенные эксперименталь ные исследования подтвердили адекватность выбранной модели и показали, что для инженерных расчетов достаточно использовать приближенные аналитические вы ражения для спектра спиновых волн, полученные в рамках теории возмущений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Vayhinger, K., Kronmuller, H. Propagating spin waves in ferromagnetic multilayers.

(Спиновые волны, распространяющиеся в ферромагнитных многослойных структурах) [Текст] / K. Vayhinger, H. Kronmuller // J. Magn. Magn. Mat. – 1986. – V. 62. – P. 159–168.

2. Калиникос, Б.А., Колодин, П.А. Спектр дипольно-обменных спиновых волн в перпендикулярно намагниченной слоистой феррит-диэлектрической структуре.

[Текст] / Б.А. Калиникос, П.А. Колодин // Изв. ВУЗов СССР. Радиофизика. – 1989. – Т. 32, № 10. – С. 1290–1298.

3. Hillebrands, B. Spin-wave calculations for multilayered structures. (Расчет спиновых волн для многослойных структур) [Текст] / B. Hillebrands // Phys. Rev B. –1990. – V. 41, № 1. – P. 530–540.

4. Camley, R.E., Stamps, R.L. Magnetic multilayers: spin configurations, excitations and giant magnetoresistance. (Магнитные многослойные структуры: конфигурация спинов, возбуждений и гигантское магнитное сопротивление) [Текст] / R.E.

Camley, R.L. Stamps // J.Phys.:Cond. Mat. – 1993. – Vol. 5. – P. 3727-3786.

5. Barnas, J. Spin waves in superlattices. I General dispersion equations for exchange mag netostatic and retarded modes (Спиновые волны в сверхрешетках. I Общее дисперси онное соотношение для обменных магнитостатических и запаздывающих мод) [Текст] / J. Barnas // J. Phys. C: Solid state Phys. – 1988. – Vol. 21. – P. 1021-1036.

6. Owens, J.M. Magnetostatic wave propagation through periodic metallic gratings.

(Распространение магнитостатических волн в периодической металлической решетке) [Текст] / J.M. Owens, C.V. Smith, S.N. Lee, et al. // IEEE Trans. Magn. – 1978. – Vol. MAG-14, №5. – P. 820-825.

7. Seshadri, S.R. Magnetic wave interactions in a periodically corrugated YIG film. (Взаи модействие магнитных волн в периодически гофрированной пленке ЖИГ) [Текст] / S.R. Seshadri // IEEE Trans. MTT. – 1979. – Vol. MTT-27, №2. – P. 199-204.

8. Гуляев, Ю.В. Распространение магнитостатических волн в нормально намагни ченной пластине феррита с периодически неровными поверхностями [Текст] / Ю.В. Гуляев, С.А. Никитов, В.П. Плесскиий // ФТТ. – 1980. – Т.22, №. 9. – С.2831-2832.

9. Вороненко, А.В. Дифракция поверхностных магнитостатических волн на маг нитных решетках в режиме Брэгга [Текст]/ А.В. Вороненко, С.В. Герус, В.Д. Ха ритонов // Изв. вузов. Физика. – 1988. – Т. 31, № 11. – C. 76-85.

10. Kolodin, P.A., Hillebrands, B. Spin-wave propagation across periodically corrugated thin metallic ferromagnetic films. (Распространение спиновых волн в периодиче ски гофрированной тонкой металлической ферромагнитной пленке) [Текст] / P.A. Kolodin, B. Hillebrands // J. Magn. Magn. Mat. – 1996. – Vol. 161. – P. 199-202.

11. Nikitov, S. A. Spin waves in periodic magnetic structures – magnonic crystals (Спиновые волны в периодических магнитных структурах – магнонных кристаллах) [Текст] / S.A. Nikitov, Ph. Tailhades, C.S. Tsai // JMMM. – 2001. – Vol. 236. – P. 320–330.

12. Локк, Э. Г. Распространение поверхностных магнитостатических волн в компо зитной структуре феррит-решетка металлических полосок [Текст] / Э. Г. Локк // Радиотехника и электроника. – 2005. – Т. 50, N 1. – С.74-81.

13. Вашковский А. В., Локк Э. Г. Поверхностная магнитостатическая волна в струк туре феррит – решетка металлических полосок [Текст] / Сб. трудов XIX Между народной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники (НМММ)», Москва, 28 июня – 2 июля, 2004 г / М.: изд. физ. факультета МГУ, 2004, C. 237-239.

ПУБЛИКАЦИИ Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

ПУБЛИКАЦИИ В ИЗДАНИЯХ, РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК РОССИИ:

1. Григорьева, Н. Ю. Наблюдение солитонов огибающей спиновых волн в периоди ческих магнитных пленочных структурах [Текст] / Н.Ю. Григорьева, А.Б. Устинов, Б.А. Калиникос // Письма в Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики.

– 2008. – Т. 88. – Вып. 1.– С. 34-39.

2. Григорьева, Н. Ю. К вопросу об излучении в нестационарной и неоднородной полубесконечной среде [Текст] / Н.Ю. Григорьева, К.А. Барсуков // Журнал Технической Физики. – 1996. – Т. 66. – Вып. 7. – С. 134-140.

ДРУГИЕ ПУБЛИКАЦИИ И МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИЙ:

3. Spin waves in multilayered and patterned magnetic structures (Спиновые волны в многослойных и текстурированных магнитных структурах) [Текст]: монография / Grigorieva N.Yu. [и др.] // Theory and Phenomena of Artificial Materials: Hand book of Artificial Materials, Vol. I., ed. by F. Capolino. – Oxford, UK: Taylor and Francis Group, LLC. CRC Press, 2009. – Chapter 34. – P. 34-1– 34-65. (ISBN:

9781420054255).

4. Григорьева, Н. Ю. Теория спиновых волн в пленочных ферромагнитных много слойных структурах. [Текст]: монография / Н.Ю. Григорьева, Б.А. Калиникос. – СПб.: Изд-во «Технолит», 2008. – 179 с. (ISBN: 5-7629-0929-8).

5. Grigorieva, N. Yu. Observation of bright and dark spin wave envelope solitons in pe riodic magnetic film structures (Наблюдение светлых и темных солитонов оги бающей спиновых волн в периодических структурах на основе магнитных пленок) [Текст]: материалы международ. науч. конференции / N.Yu. Grigorieva, A.B. Ustinov, B.A. Kalinikos // Proc. of INTERMAG Europe 2008. – Madrid, Spain, 4-8 May, 2008. – P. BG-07.

6. Grigorieva, N.Yu. Investigation of dipole-exchange spectrum of volume spin waves in tangentially magnetized ferromagnetic film with periodic metallic grating (Исследо вание дипольно-обменного спектра объемных спиновых волн в касательно на магниченной ферромагнитной пленке с периодической решеткой металлизации) [Текст]: материалы международ. науч. конференции / N.Yu. Grigorieva // Mos cow International Symposium on Magnetism (MISM). – Moscow, June 20-25, 2008.

– P. 107.

7. Grigorieva, N. Yu. Dispersion characteristics of the dipole-exchange spin waves in planar magnetic periodic structures (Дисперсионные характеристики дипольно обменных спиновых волн в планарных магнитных периодических структурах) [Текст]: материалы международ. науч. конференции / N.Yu. Grigorieva, B.A. Ka linikos // Moscow International Symposium on Magnetism (MISM). – Moscow, June 20-25, 2008. – P. 507.

8. Grigorieva, N. Yu. Dispersion characteristics of the planar 1D magnonic crystals (Дисперсионные характеристики планарных одномерных магнонных кристал лов) [Текст]: материалы международ. науч. конференции / N.Yu. Grigorieva, B.A. Kalinikos // 2nd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (METAMATERIALS’2008). – Pamplona, Spain, September 21-26, 2008. – P. 160-162.

9. Grigorieva, N. Yu. Collective modes in magnetic multi-layered one-dimensional peri odic structures (Коллективные моды в магнитных многослойных одномерных периодических структурах) [Текст]: материалы международ. науч. конференции / N.Yu. Grigorieva, M.P. Kostylev, A.A. Stashkevich, B. Hillebrands // Moscow In ternational Symposium on Magnetism (MISM). – Moscow, June 25-30, 2005. – 28PO-10-16.

Соискатель Григорьева Н.Ю.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.