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

Магнитостатические волны в пространственно периодических и двумерно-неоднородных магнитных полях

На правах рукописи

ГЕРУС Сергей Валерианович МАГНИТОСТАТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ПРОСТРАНСТВЕННО ПЕРИОДИЧЕСКИХ И ДВУМЕРНО-НЕОДНОРОДНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ 01.04.11 Физика магнитных явлений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва – 2010 -2

Работа выполнена во Фрязинском филиале Учреждения Российской академии наук Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН доктор физико-математических наук,

Официальные оппоненты:

профессор Поляков Петр Александрович доктор физико-математических наук, профессор Фетисов Юрий Константинович доктор физико-математических наук, профессор Шараевский Юрий Павлович Санкт-Петербургский государственный

Ведущая организация:

электротехнический университет "ЛЭТИ".

Защита диссертации состоится «24» декбря 2010 г. в 10 часов на заседании дис сертационного совета Д002.231.01 при Учреждении Российской академии наук Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН по адресу:

125009, г.Москва, ГСП-9, ул. Моховая, д.11, корп.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН Автореферат разослан «28 » октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор С.Н.Артёменко -3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие систем радиолокации, навигации и связи требует разработки и создания элементной базы интегральных схем СВЧ для аналоговой обработки сигналов непосредственно в СВЧ диапазоне. С техниче ской точки зрения весьма перспективными в этом плане являются устройства на магнитостатических волнах (МСВ), обладающие рядом привлекательных свойств: широким диапазоном рабочих частот (до 60 ГГц), возможностью элек тронной перестройки обрабатываемых частот и согласования с существующи ми твердотельными генераторами и усилителями, относительно низкими поте рями в некоторых ферритовых материалах. Наибольшее распространение из та ких материалов получили пленки железоиттриевого граната (ЖИГ), эпитакси ально выращенные на подложках из гадолиний-галлиевого граната (ГГГ).

Помимо технических приложений МСВ весьма интересны и с физической точки зрения, так как обладают рядом характерных особенностей, заметно от личающих их от других типов волн:

- нелинейная дисперсия МСВ и незамкнутость изочастотных кривых, - вызванный полем подмагничивания сильно анизотропный характер рас пространения МСВ и, как следствие этого, неколлинеарность фазовых и групповых скоростей МСВ, - свойство невзаимности (изменение распределения и характеристик волны при изменении направления внешнего поля) - возможность управления дисперсионными характеристиками с помощью внешнего поля и геометрии структуры, Эти и другие свойства МСВ предоставляют возможность создавать пла нарные СВЧ устройства, перестраиваемые в широком диапазоне частот и по зволяющие обрабатывать СВЧ сигналы в реальном масштабе времени. Кроме того, дальнейшее развитие технологии тонких магнитных пленок, по видимому, позволит располагать на общей подложке полупроводниковые и спин-волновые элементы устройств вместе с миниатюрными пленочными маг нитными структурами, что обеспечит стабильность параметров приборов и зна -4 чительно снизит их габариты. Техническая реализация указанных возможно стей МСВ требует всестороннего исследования характеристик и свойств МСВ, распространяющихся в неоднородных полях, создаваемых миниатюрными магнитами, а также магнитных материалов, в которых эти волны распростра няются.

В последние годы большой интерес вызывает проблема создания искусст венных сред со свойствами в чём-то похожими, а в чём-то отличающимися от свойств обычных веществ. Например, создание так называемых фотонных кри сталлов предполагает получение оптических эффектов недостижимых в реаль ных средах.

Намагничивание ферритовой плёнки неоднородным, например, простран ственно-периодическим полем в этом смысле является процессом создания но вой магнитной среды – магнонного кристалла со свойствами, сочетающими в себе, как указанные выше признаки ферритовой плёнки, так и качества, прису щие кристаллической структуре. Распространение МСВ в таком кристалле, ди фракционные и интерференционные эффекты (с учётом свойств анизотропии и невзаимности МСВ) использование магнонных кристаллов для фильтрации СВЧ сигналов, а также как дифракционный инструмент для решения задач МСВ спектроскопии – всё это проблемы которые требуют теоретических и экс периментальных исследований.

Неоднородное поле миниатюрных магнитов позволяет создавать в ферри товой плёнке канал или систему каналов, в которых могут распространяться МСВ. Это также своего рода искусственная среда, свойствами которой можно управлять, меняя профиль магнитного поля. Исследование МСВ, распростра няющихся в каналах неоднородного поля подмагничивания также требует ре шения ряда экспериментальных и теоретических задач.

Заметим также, что сами МСВ являются некоторой периодической в про странстве и времени магнитной системой, которая может быть возбуждена СВЧ магнитными полями или СВЧ токовыми структурами. В связи с этим важно по нимать не только процессы распространения, но и возбуждения МСВ, которое -5 происходит также с привлечением неоднородного и переменного магнитного поля.

Свойства образуемых неоднородными полями МСВ структур порождают большое количество явлений, которые интересны как с физической точки зре ния, так и в плане создания новых применений МСВ в электронике СВЧ.



Решение перечисленных выше актуальных задач и являлось предметом ис следований и настоящей работы.

Целью диссертационной работы являлется создание искусственных магнитных сред посредством намагничивания ферритовых плёнок пространст венно-периодическими и двумерно-неоднородными магнитными полями. Тео ретическое и экспериментальное исследование в указанных структурах распре делений статических полей и полей МСВ мод, дисперсионных характеристик МСВ, взаимодействия МСВ мод между собой и с неоднородностями искусст венных сред, дифракционных явлений, а также возможностей практического использования наблюдаемых явлений.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Предложено создать искусственный магнонный кристалл посредством под магничивания ферромагнитной плёнки стационарным пространственно периодическим полем.

2. Методом вторичного квантования развита теория магнитостатических волн в слабоконтрастном одномерном магнонном кристалле. Для этого описание магнитостатических волн в касательно намагниченной ферромагнитной пла стине представлено в терминах квантовых операторов рождения и уничтоже ния.

3. Проведены теоретические и экспериментальные исследования волновых и дифракционных явлений в слабоконтрастном магнонном кристалле, создан ном одномерным пространственно-периодическим магнитным полем.

4. Предложен и испытан способ измерения параметров магнитных пленок, ис пользующий слабоконтрастный магнонный кристалл в качестве дифракци онного измерительного инструмента.

-6 5. Экспериментально и теоретически исследованы МСВ моды, распространяю щиеся в каналах слабоконтрастного одномерного магнонного кристалла, по казана возможность распространения объемных МСВ мод в каналах перпен дикулярно магнитному полю, отсутствующая в однородном поле.

6. Экспериментально исследованы МСВ моды, распространяющиеся в одиноч ных и связанных параллельных магнитных каналах, образованных неодно родным полем подмагничивания.

7. Методами компьютерного моделирования проведено исследование МСВ мод, распространяющихся в системах каналов, образованных неоднородны ми полями подмагничивания различной конфигурации. Рассчитаны распре деления волновых функций МСВ мод в каналах.

8. Исследованы особенности распределения объемных МСВ по толщине в каса тельно намагниченной ферритовой пластине.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Описание поверхностных и объёмных магнитостатических волн, распростра няющихся в однородно касательно намагниченной ферромагнитной пласти не, представлено через квантовые операторы рождения и уничтожения этих волн, что позволило рассчитать дисперсионные свойства МСВ, а также ди фракционные явления в слабоконтрастных магнонных кристаллах.

2. Ферромагнитная плёнка, которая помещена в стационарное магнитное поле, представляющее собой сумму однородного поля и малого пространственно периодического поля, приобретает свойства слабоконтрастного магнонного кристалла с характерными зонами пропускания и непропускания МСВ, при чем дисперсионные зависимости волн, распространяющихся в противопо ложных направлениях, различны.

3. В слабоконтрастном магнонном кристалле возникает дифракция МСВ в ре жимах Брэгга, Рамана-Ната и в переходном режиме, причём, когда кристалл бесконечен вдоль вектора обратной решетки и ограничен в перпендикуляр ном направлении, дифракционный луч в режиме Брэгга может как проходить через кристалл, так и отражаться от него, что не наблюдалось при исследова -7 нии дифракции в других средах.

4. При падении поверхностной МСВ на границу слабоконтрастного магнонного кристалла параллельную вектору обратной решётки кристалл ведёт себя как совокупность магнитных каналов, так что коротковолновая часть спектра МСВ проходит через кристалл, а длинноволновая часть – отражается от него, как от прямолинейной границы.

5. Слабоконтрастные магнонные кристаллы могут использоваться в качестве дифракционного измерительного инструмента для исследования дисперси онных зависимостей МСВ и неразрушающего измерения параметров магнит ных пленок.

6. В магнитном канале, созданном в ферритовой плёнке неоднородным полем подмагничивания, ширина локализации объёмных и поверхностных МСВ мод немонотонно зависит от частоты, причём на частоте, при которой сум марный волновой вектор ориентирован в известном направлении отсечки по верхностных МСВ, происходит максимальное проникновение полей объём ных МСВ мод как за границы канала, так и за пределы ферритовой плёнки.

7. Два близко расположенных магнитных канала представляют собой волновод сложной формы, для которого характерно возникновение связанных собст венных мод, локализованных не только в каналах, но и в области, лежащей между ними, причем с увеличением волнового числа и с увеличением рас стояния между каналами взаимное влияние каналов постепенно уменьшается и в итоге исчезает.

8. Выбор конфигурации подмагничивающего поля, создающего магнитный вол новод, позволяет управлять формой дисперсионных кривых волноводных МСВ мод и обеспечивать возможность распространения поверхностно объёмных гибридных МСВ мод.

9. В касательно намагниченной однородным полем ферромагнитной пластине распределение обратных объемных магнитостатических мод по толщине скачкообразно меняется при совпадении направления волнового вектора с направлением угла отсечки для поверхностных МСВ.

-8 Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана методика экспериментального измерения дисперсионных харак теристик, которая позволяет оперативно снимать изочастотные кривые МСВ, распространяющихся в ферритовых плёнках.

2. Предложен новый способ измерения таких характеристик ферритовых пле нок, как намагниченность насыщения, толщина, параметры ростовой и кри сталлографической анизотропии.

3. Создан пакет программ, позволяющий рассчитывать магнитное поле, созда ваемое в ферритовых плёнках двумерными магнитными системами различ ной формы.

4. Создан пакет программ, позволяющий моделировать распространение МСВ волн в магнитных каналах, образованных двумерно неоднородным полем подмагничивания различной конфигурации.

5. Показано, что результаты исследования магнонных кристаллов и магнитных каналов открывают возможности создания устройств обработки сигналов СВЧ диапазона. Например, выбирая соответствующим образом конфигура цию поля подмагничивания, создающего МСВ-волновод, можно в опреде лённых диапазонах частот добиваться прямолинейности дисперсионных кри вых МСВ мод. Предложен и реализован макет СВЧ-фильтра с электрически перестраиваемой полосой пропускания.

Достоверность результатов подтверждается использованием общепри нятых теоретических методов и методик экспериментальных измерений, при менением известной измерительной аппаратуры, согласием результатов теоре тических расчётов и результатов эксперимента, соответствием результатов ис следований работам других авторов.

Апробация результатов работы. Основные результаты, изложенные в диссертации докладывались на следующих Всесоюзных, Российских и между народных конференциях:

- Международная конференция по гиромагнитной электронике и электро динамике, Варна, София, 1982 г.;

-9 - VIII Всесоюзная школа-семинар "Новые магнитные материалы для мик роэлектроники", Донецк, 1982 г.;

  - Семинар по спиновым волнам, Ленинград, 1984 г.;

- II Всесоюзная школа-семинар "Спинволновая электроника СВЧ", Ашха бад, 1985 г.;

- Международный симпозиум "Поверхностные волны в твердых телах и слоистых структурах", Новосибирск, 1986 г.;

- ХI Всесоюзная научная конференция -СВЧ электроника, Орджоникидзе, 1986 г.;

- II семинар по функциональной магнитоэлектронике, Красноярск, 1986 г.

- Конференция "Спиновые явления электроники СВЧ", Краснодар, 1987 г.;

- IV Всесоюзная школа-семинар "Спин-волновая электроника СВЧ", Львов, 1989 г.;

- IV Семинар по функциональной электронике. Красноярск, 1990 г.;

  - V Всесоюзная школа-семинар "Спинволновая электроника СВЧ". Звени город, 8-13.10.1991.

- VI Всесоюзная школа-семинар "Спинволновая электроника СВЧ". Сара тов, 4-8.09.1993.

- XII International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electron ics & Electrodinamics). Bulgaria, Gyulechitsa, 19-23.09.1994.

- Первая объединенная конференция по магнитоэлектронике, Москва, 19-21.09.1995.

- XIII International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electron ics & Electrodinamics). Romania, Busteni, 23-26.09.1996.

- XVI Международная школа-семинар «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники». Москва, МГУ, 23-26.06.1998.

- XIV International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electron ics & Electrodinamics). Hungary, Eger, 11-15.10.1998.

- VIII Международная конференция по спиновой электронике. Москва (Фирсановка). 12-14.11.1999.

- 10 - XVII Международная школа-семинар «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники». Москва, МГУ, 20-23.06.2000.

- XII Международная конференция по спиновой электронике и гировек торной электродинамике. Москва (Фирсановка), 19-21.11.2003.

- VI ежегодная конференция ИТПЭ ОИВТ РАН, Москва март - Международная конференция «Новые магнитные материалы микроэлек троники» NMMM 2006  - International conference “Functional Materials”. Ukraine, Crimea, Partenit.

ICFM-2007,  - XXI Международная конференция НМММ 28 июня-4 июля 2009 г., Мо сква  - International symposium “Spin Waves 2009”, St.Petersburg, June 7-12, 2009 г.  - XVII Международная конференция «Магнетизм, дальнее и ближнее спин спиновое взаимодействие», Москва-Фирсановка, 20-22 ноября 2009 г.

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы 50 науч ных работах, из которых 17 статей в рецензируемых изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, 2 авторских свидетельства и 31 работа в трудах международных, всесоюзных и всероссийских конференциий.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах, список кото рых приведен в конце диссертации.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты полу чены лично автором или при его непосредственном участии и руководстве.

Разработка теории вторичного квантования МСВ в ферромагнитных плён ках проведена совместно с В.Д.Харитоновым по инициативе автора, остальные теоретические расчёты 1 главы, а также расчёты для 3 и 4 глав проведены авто ром лично. Экспериментальные и практические результаты, представленные в главах 2 и 4, получены совместно с А.В. Вороненко под руководством автора.

Совместно с А.Ю. Анненковым и под руководством автора получены экспери ментальные результаты, представленные в главе 3, а также результаты физиче ских исследований, представленные в главах 5 – 8.

- 11 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, приложения и списка цитированной литературы из 120 наименований. Она содержит 317 страниц текста, включая 85 рисунков и таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные цели работы, раскрывается структура и содержание диссертации.

Первая глава посвящена разработке теории одномерных, слабоконтраст ных (однородно намагниченных ферритовых плёнок слабо возмущённых про странственно-периодическим магнитным полем) магнонных кристаллов, а так же теоретическому исследованию явлений брэгговской дифракции на магнон ных кристаллах конечных размеров.

Предваряет главу введение, где проводится обзор публикаций касающихся исследования МСВ в ферритовых периодических структурах типа магнонных кристаллов. Причём подчеркивается необходимость исследования всех воз можных взаимных ориентаций однородного поля и магнонного кристалла и МСВ, поскольку анизотропия, создаваемая однородным полем подмагничива ния, обеспечивает существенную неколлинеарность фазовых и групповых ско ростей МСВ. Приводятся ссылки на экспериментальные и теоретические рабо ты однородно намагниченных ферритовых плёнок внёсших заметный вклад в понимание физической картины распространения МСВ при неколлинеарности фазовой и групповой скоростей [1], [2]. Далее рассматриваются работы посвя щённые исследованию рассеяния МСВ на системе периодических канавок в ферритовой плёнке [3] – [9], на периодических структурах созданных ионно лучевой обработкой [10], на металлических [11] решётках и ультразвуковых волнах [12] и др. Приводятся работы, посвященные исследованию сильнокон трастных магнонных кристаллов, которые появились в последнее время [13] – [15]. По результатам обзора делается вывод, что к моменту начала работы авто ра над этой темой не существовало подробных теоретических и эксперимен - 12 тальных исследований посвящённых исследованию МСВ в слабоконтрастных магнонных кристаллах. Рассмотрению этого круга вопросов и посвящены пер вые 4 главы диссертации.





Теоретические исследования в первой главе опираются на метод кванто вомеханической теории возмущений. Для рассматриваемой проблемы он явля ется наиболее простым и наглядным, позволяя рассматривать взаимодействие МСВ со слабым потенциалом магнонного кристалла как процесс рассеяния с поглощением и рождением МСВ магнонов. Расчёты проводятся в несколько этапов. На первом этапе описание МСВ в касательно намагниченной плёнке переводится в термины вторичных квантовых операторов рождения ck и унич тожения ck. Далее проводится расчёт внутреннего поля в ферромагнитной плёнке, наводимого внешним пространственно-периодическим магнитным по лем. Это поле считается малым возмущением по сравнению с однородным по лем подмагничивания. Гамильтониан возмущённого ферромагнетика представ ляется в виде разложения по волновым функциям невозмущённой задачи:

dk (k)ck ck dkkck ckq эс.

W.

Здесь первое слагаемое описывает МСВ с частотой (k) в невозмущённой плён ке, а второе – взаимодействие МСВ с периодическим потенциалом магнонного кристалла. На основе уравнений движения для квантовых операторов получа ются волновые функции и дисперсионные соотношения МСВ мод распростра няющихся в слабоконтрастном магнонном кристалле. Все расчёты проводятся для произвольных взаимных ориентаций МСВ и магнонного кристалла относи тельно поля подмагничивания. Показывается, что при взаимно перпендикуляр ной ориентации поля подмагничивания и вектора обратной решётки кристалла возникает вырождение, в результате которого ширина первой зоны Бриллюэна удваивается, а область непропускания значительно сокращается. В магнонном кристалле проявляется эффект невзаимности – дисперсионные кривые для по ложительных и отрицательных направлений волновых векторов различаются (см. рис. 1).

- 13 Далее исследуются явления брэгговской дифракции на магнонном кри сталле конечной ширины. Эти явления характерны тем, что пропускательная способность (нулевой порядок дифракции) магнонного кристалла имеет час тотный провал, а отражательная способность (первый порядок дифракции) – пик (см. рис. 2).

То, как влияют параметры кристалла на эти характеристики, зависит от конкретной исследуемой ситуации. Рассматривается две конфигурации.

Рис. 1. Закон дисперсии слабоконтрастного магнонного кристалла В первом случае кристалл ограничен вдоль вектора обратной решетки и бесконечен в перпендикулярном направлении (см. рис. 3 а). В данной ситуации брэгговские значения пропускательной и отражательной способностей экспо ненциально зависят от амплитуды периодического поля кристалла и от его длины.

Во втором случае (см. рис. 3 б) кристалл бесконечен вдоль вектора обрат ной решетки и ограничен в перпендикулярном направлении. В этом случае, в зависимости от ориентации кристалла относительно однородного поля подмаг ничивания, возможны два решения. Первому соответствует прохождение про дифрагировавшего луча через магнонный кристалл. При этом происходит пере качка энергии между лучами первого и второго дифракционных порядков. В результате их амплитуды зависят от ширины кристалла по синусоидальному - 14 закону. Аналогичный эффект наблюдается в акустооптике. Второе решение описывает отражение продифрагровавшего луча от кристалла как в первом случае с экспоненциальной зависимостью амплитуд прошедшего и продифра гировавшего лучей от ширины кристалла. Это явление не наблюдалась ранее при дифракции волн в других средах. Оно вызывается неколлинеарностью групповой и фазовой скоростей ПМСВ, которое, в свою очередь, связано с на личием большой одноосной анизотропии, вызываемой однородной составляю щей поля подмагничивания. Для этой же конфигурации возможен ещё один тип решения, который является аналогом полного внутреннего отражения: волна нулевого порядка дифракции проходит через кристалл, не меняясь по амплиту де, но приобретает фазовый сдвиг.

Во второй главе излагаются результаты экспериментального исследования явлений дифракции поверхностных МСВ на магнонных кристаллах.

Рис. 2. АЧХ 0-го и 1-го порядков дифракции. Эксперимент (а) и теория (б).

Приводится описание экспериментальной установки. Образец плёнки ЖИГ помещается в однородное поле, создаваемое постоянным магнитом. ПМСВ длиной от 100 до 2000 мкм возбуждаются и регистрируются линейными прово лочными антеннами-преобразователями, которые имеют возможность незави симого перемещения и поворота в плоскости магнитной плёнки. На пути рас пространения ПМСВ создаётся пространственно-периодическое магнитное по ле, образующее в плёнке ЖИГ области со свойствами магнитного кристалла.

- 15 Периодическое поле создаётся либо посредством высококоэрцитивной магни тофонной ленты с записанной на неё синусоидальной сигналограммой, либо используется полосковая меандровая линия, через которую пропускается по стоянный или переменный электрический ток. СВЧ измерения проводятся с ис пользованием панорамных измерителей коэффициентов прохождения.

Экспериментально исследуется дифракция ПМСВ на магнонном кристалле в режимах Брэгга, Рамана-Ната и промежуточных режимах.

Подтверждается, что дифракция Брэгга имеет действительно резонансный характер. При выполнении законов сохранения частоты и волнового вектора для этого режима характерны резкие провалы на частотной зависимости про пускательной способности и аналогичные пики на отражательной характери стике (см. рис. 2).

а) б) Рис. 3. Схема дифракции Брэгга на периодической структуре магнонного кри сталла. q – вектор обратной решётки кристалла. Две экспериментальные конфигурации – а) и б). Направления фазовой (направление вектора ki) и груп повой si скоростей МСВ не совпадают.

Дифракция Брэгга наблюдается для обеих геометрических конфигураций (рис. 3), теоретически рассмотренных в первой главе. Экспериментально под тверждаются предсказанные случаи распространения продифрагировавшего луча в прямом и обратном направлении по отношению к магнонному кристал лу, подтверждаются также для этих случаев виды зависимостей коэффициентов прохождения и отражения от ширины кристалла – синусоидальная (рис. 4 б) и - 16 экспоненциальная (рис. 4 а) соответственно. В том числе обнаружены предска занные в главе 1 дифракционные явления, не наблюдавшиеся ранее для ди фракции волн в других средах: для конфигурации, изображённой на рис. 3 б) луч первого порядка дифракции может отражаться от решётки, при этом ам плитудные зависимости дифракционных порядков приобретают экспоненци альный вид (рис. 4 а).

Экспериментально подтверждается вырождение брэгговской дифракции, если волновой вектор падающей МСВ и вектор обратной решётки кристалла перпендикулярны однородному полю подмагничивания. Брэгговский провал наблюдается на частоте соответствующей двойному вектору обратной решётки, провал, как и предсказывает теория, очень мал.

а) б) Рис. 4. Зависимость амплитуды волны нулевого порядка (график а) для конфи гурации рис. 3 а) и амплитуд нулевого и первого порядка (график б) для конфи гурации рис. 3 б) от характерных параметров кристалла – ширины L или ам плитуды тока I в меандре. Для конфигурации рис 3. б) возможна также экспо ненциальная зависимость, изображённая на графике а).

Экспериментально обнаружено, что при повороте вектора решетки глуби на и ширина брэгговского провала увеличиваются, появляется следующая зона непропускания, и далее сигнал практически подавляется во всей полосе частот.

Эффект подтверждается теоретическими расчётами. Он объясняется наличием специфической анизотропии поверхностных МСВ наводимой полем подмагни чивания.

- 17 Далее исследуется дифракция МСВ на слабоконтрастном магнонном кри сталле в режиме Рамана-Ната. По аналогии с акустооптикой вводится волновой параметр дифракции, позволяющий отличить Раман-Натовскую дифракцию от дифракции Брэгга. Приводятся дифракционные картины для разных значений параметра дифракции. Для величины Q 1 на дифракционных зависимостях наблюдаются резкие пики достаточно большого числа порядков дифракции Ра мана-Ната (рис. 5). Следовательно, используемый параметр Q действительно хорошо описывает тип наблюдаемой дифракции. Приводятся результаты ис следования зависимости угла дифракции от угла падения МСВ для различных порядков дифракции.

Рис. 5. Зависимость мощности продифрагировавшей МСВ от направления вол нового вектора;

f = 3883 МГц, Q = 0.27.

В третьей главе представляются результаты теоретического и эксперимен тального исследования взаимодействия МСВ с каналами магнонного кристалла.

Условия опыта выбираются так, чтобы заведомо исключить брэгговскую и ра ман-натовскую дифракцию. В ходе эксперимента было обнаружено, что нали чие магнонного кристалла приводит к сужению полосы пропускания МСВ че рез магнонный кристалл, причем низкочастотная часть спектра ПМСВ отража ется от магнонного кристалла как от зеркала. Таким образом, слабоконтрастное поле магнонного кристалла, в отсутствие резонансных условий не пропускает волны в достаточно широкой полосе частот.

Проводится экспериментальное и теоретическое исследование МСВ, рас - 18 пространявшихся непосредственно в магнонном кристалле. Теоретически ре шается граничная задача типа Деймона-Эшбаха для скалярного потенциала вы сокочастотного магнитного поля, причем решение для периодического потен циала ищется в виде блоховских функций. В результате получаются дисперси онные кривые для МСВ мод распространяющихся в каналах магнонного кри сталла (рис. 6). Приводятся эти же зависимости измеренные экспериментально.

Одновременно наблюдалось до трёх МСВ мод. Верхние кривые соответствуют видоизменённым поверхностным МСВ модам, а нижние – двум объёмным МСВ модам. Причем поверхностные МСВ существуют и в отсутствие магнон ного кристалла (сплошная линия), но в кристалле дисперсионные кривые мод смещаются вверх и существует эффект отсечки длинноволновых МСВ, что и объясняет эффект отражения МСВ от кристалла. Объёмные МСВ в данной гео метрии существуют только при наличии магнонного кристалла и имеют пря мую дисперсию в отличие от обратной, которая имеет место в однородно на магниченной ферритовой плёнке для других направлений распространения.

Рис. 6. Дисперсионные кривые МСВ мод в каналах магнонного кристалла (пунктир). Сплошная линия – ЖИГ. Тонкие линии – теория, толстые – экспе римент.

- 19 В четвёртой главе описываются некоторые возможности практического использования рассмотренных магнонных кристаллов.

Магнонные кристаллы могут быть использованы как дифракционный из мерительный инструмент для регистрации волновых чисел МСВ. Это качество кристаллов используется в предыдущих главах диссертации для построения изочастотных кривых ферритовых плёночных образцов.

В данной главе показывается возможность их применения, как дифракци онного инструмента для измерения параметров ферромагнитных плёнок. Даёт ся обзор известных способов измерения параметров ферритовых плёнок таких, как магнитооптические [16], магнитомеханические [17], резонансные [18], [19].

Указывается, что магнитооптические методы малопригодны для измерения констант пленок, в которых эффект Фарадея слаб (например, для пленок ЖИГ), а магнитомеханические и резонансные требуют вырезания образцов опреде ленной формы, то есть являются разрушающими. Кроме того последние не по зволяют измерять раздельно намагниченность насыщения и поле одноосной анизотропии.

Предлагаемый способ содержит в себе универсальность и простоту, при сущие резонансным способам, является неразрушающим и, кроме того, позво ляет раздельно определять значения намагниченности насыщения и поле одно осной анизотропии. Способ основывается на исследовании ориентационных за висимостей спектра поверхностных МСВ, распространяющихся в магнитной пленке. Производится сравнение полученных экспериментально зависимостей с зависимостями, вычисленными по модели магнитной пленки, для определения параметров исследуемого материала. В качестве модели принимается феррито вая пленка типа ЖИГ, обладающая кубической и одноосной (ростовой) анизо тропией и для неё в явном виде рассчитывается спектр поверхностных МСВ.

Ориентационная зависимость спектра поверхностных МСВ измеряется с ис пользованием брэгговского рассеяния этих волн на магнитных дифракционных решетках, в качестве которых используются магнонные кристаллы. По рассчи танным Фурье гармоникам этой зависимости вычисляются основные парамет - 20 ры ферритовой пленки. Отмечается, что, в отличие от других, данным способом осуществляется неразрушающее измерение параметров ферритовых плёнок.

Приводятся результаты измерений данным методом следующих параметров плёчных образцов ЖИГ: толщина, намагниченность насыщения, константы ку бической и ростовой анизотропии, а также угол наклона ростовой анизотропии относительно плёнки.

Далее рассматривается вторая область применения магнонных кристаллов – использование их для фильтрации СВЧ сигнала. В ходе исследования слабо контрастного магнонного кристалла проведённого в главах 1 и 2 было показа но, эта искусственная среда обладает хорошими режекционными свойствами по отношению к МСВ. Эти качества позволяют изготовить электрически переклю чаемый МСВ фильтр, в котором изменение полосы пропускания достигается прижимом отрезков магнитофонной сигналограммы к поверхности плёнки ЖИГ. Прижим осуществляется пропусканием тока через проволочную петлю расположенную на подпружиненной подложке с сигналограммами. В поле подмагничивания сигналограммы прижимаются к пленке ЖИГ, уменьшая по лосу пропускания со 130 до 30 МГц.

В пятой главе проводится экспериментальное исследование и моделирова ние на ЭВМ распространения поверхностных и объемных МСВ мод в канале, образованном двумерно-неоднородным магнитным полем малогабаритного магнита в ферромагнитной пленке. Проводится обзор работ. Отмечается, что теоретические работы, посвященные этой теме можно условно разделить на три категории. К первой относятся исследования, проводимые методами геометри ческой оптики [20] – [24]. Ко второй категории относятся работы, в которых делается попытка хотя бы на начальном этапе решить задачу аналитически [25], а затем используется компьютер, либо выбирается настолько специфическая модель неоднородности поля, что конечное решение удается довести до фор мул [26], [27]. К третьему типу можно отнести работы по компьютерному мо делированию МСВ волноводов [28] – [30].

Экспериментальные работы можно условно разделить, по аналогии с тео - 21 ретическими, на те, в которых исследуется распространение лучей МСВ в не однородном поле [24] и те, в которых изучается волноводный эффект в неодно родной ферритовой структуре [27], [31] – [34]. Указываются особенности тех или иных работ. Отмечается, что в предшествующих работах практически не производилось разделение мод, не исследовалось их пространственное распре деление, поэтому изучались в основном низшие моды МСВ в каналах.

Рис. 7. Установка для наблюдения МСВ в магнитном канале.

Далее описывается экспериментальная установка (рис. 7). Брусок из сама рий кобальтового магнита, создаёт в плёнке ЖИГ неоднородно намагниченный канал, в котором широкоапертурным преобразователем возбуждаются МСВ.

Принимаются МСВ узким зондом, который сканирует вся поверхность канала.

Выходной СВЧ сигнал, смешанный с опорным, позволяет после его детектиро вания получить информацию о пространственных Фурье гармониках МСВ, распространяющихся в разных сечения канала. Совокупность амплитуд этих гармоник создают экспериментальное распределение наблюдаемых МСВ мод по ширине канала (рис. 8).

Численное моделирование проводится на основе решения двумерной маг нитостатической задачи сеточным методом. Находятся распределения статиче ского поля в ферритовой плёнке, а также МСВ мод по поперечному сечению - 22 волновода и исследуется их поведение в зависимости от частоты. Получаются дисперсионные кривые МСВ мод. Показывается, что в области малых волно вых векторов поверхностные МСВ трансформируются в объемные. Кроме того, на частоте, при которой суммарный волновой вектор ориентирован в известном направлении отсечки поверхностных МСВ, происходит максимальное проник новение полей объёмных МСВ мод как за границы канала, так и за пределы ферритовой плёнки.

Рис. 8. Распределения амплитуд ПМСВ мод по ширине волновода. Сетка – экс перимент, толстые кривые – теория.

В шестой главе приводятся результаты экспериментального исследования и компьютерного моделирования поверхностных МСВ в расположенных рядом магнитных каналах.

Отмечается, что хотя МСВ в ферритовых волноводах исследовались в ряде работ, практически нет публикаций, посвященных проблемам взаимодействия МСВ мод в расположенных рядом волноводах. В качестве такой публикации приводится ссылка экспериментальную работу [35] в которой исследовалось взаимодействие объемных обратных МСВ в двух волноведущих полосках, вы резанных из плёнки ЖИГ.

В ходе эксперимента изложенного в данной главе в одном магнитном ка нале возбуждаются МСВ, а выходным зондом измеряется амплитуда волны вдоль обоих каналов. Эти экспериментальные зависимости имеют осцилли - 23 рующий характер. Осцилляции в соседних каналах сдвинуты на полпериода (рис. 9 а). Между каналами существует однонаправленная связь, благодаря ко торой энергия перекачивается попеременно из одного канала в другой. Пара метром связи может служить отношение длины волны к пространственному периоду осцилляции. Обратная его величина показывает на скольких длинах волн происходит перекачка энергии МСВ между каналами. Зависимость пара метра связи от волнового числа показывает, что с увеличением волнового числа связь падает (рис. 9 б). Этот эффект объясняется тем, что связь между каналами существует за счёт «хвостов» магнитных полей МСВ, которые уменьшаются с ростом волнового числа.

а) б) Рис. 9. Зависимость амплитуды выходного сигнала A от координаты (а) и за висимость параметра связи L от волнового числа (б).

Проводится компьютерное моделирование квазиповерхностных магнито статических волн, распространяющихся в ферритовой пленке по двум намагни ченным каналам (рис. 10). Показывается, что взаимодействие между каналами проявляется по-разному в зависимости от длины волны. Средняя область меж ду каналами в длинноволновом диапазоне ведёт себя как активная магнитная среда, в ней локализуется часть моды, иногда даже довольно большая. Но с увеличением частоты собственные колебания в средней части пропадают и она ведёт себя как инертная среда, через которую из каналов лишь проникают «хвосты» МСВ. Связь между каналами падает с ростом частоты и волнового числа. При увеличении зазора между каналами дисперсионные кривые нечет ных мод смещаются в коротковолновую область, а четных – в длинноволновую.

- 24 Рис. 10. Распределение магнитного потенциала в связанных каналах 5-ой моды при разных частотах.

В седьмой главе методами компьютерного моделирования развиваются ис следования, изложенные в 5 и 6 главах. Рассматривается такое распределение неоднородного подмагничивающего поля, которое, во-первых, приводит к за метному изменению формы дисперсионных кривых МСВ и, во-вторых, позво ляет обеспечивать одновременное существование и гибридизацию МСВ разных типов – объёмных и поверхностных. В качестве модели распределения поля выбирается конфигурация, состоящая из двух ступенек такая, что имеются об ласти частот, для которых в соседних участках существуют одновременно раз личные типы волн. Например, поверхностные и поверхностные, объёмные и поверхностные и так далее. Рассчитываются дисперсионные кривые для от дельных ступенек и для всего волновода в целом. Так на частотах, при которых в каждой ступеньке существуют поверхностные моды, за счёт их взаимодейст вия на дисперсионных кривых общего канала получаются выпуклые и вогнутые участки, которые можно перемещать по кривым, выбирая соответствующие па раметры ступенек. Тем самым можно управлять кривизной дисперсионных ли ний, получая, например, прямолинейные участки. Исследуются случаи слабой и сильной связи между сформированными каналами.

Рассматриваются также частотные интервалы, для которых в соседних - 25 ступеньках сосуществуют одновременно поверхностные и объёмные моды. В результате взаимодействия мод дисперсионные кривые в области пресечения расталкиваются (рис. 11) и образуются гибридные поверхностно-объёмные мо ды. Причем при увеличении частоты решения для одной дисперсионной ветви, проходя разные стадии, из объёмных превращаются в поверхностные, а для другой наоборот – из поверхностных в объёмные.

Рис. 11. Гибридизация объёмных и поверхностных МСВ в канале.

Восьмая глава посвящается теоретическому исследованию распределения полей поверхностных и объемных МСВ при их распространении под произ вольным углом к однородному полю подмагничивания в касательно намагни ченной ферромагнитной пластине. Глава носит вспомогательный характер, по скольку её результаты помогают объяснить явление немонотонной частотной зависимости распределения объёмных МСВ мод, распространяющихся в маг нитных каналах. Однако представляется, что предмет исследования и обнару женные эффекты имеют самостоятельный физический интерес, поэтому они и излагаются в отдельной главе.

Отмечается, что материал, изложенный в этой главе, в какой-то степени - 26 является продолжением известной работы Деймона и Эшбаха [36], в которой было показано, что в касательно намагниченных ферромагнитных пластинах могут распространяться два типа магнитостатических волн — поверхностные и объемные, и были получены дисперсионные соотношения для указанных волн и исследованы условия их существования. В других работах, посвященных МСВ в ферромагнитных пластинах, исследовалось влияние на них направления поля подмагничивания, разнообразных граничных условий, включая металли зацию поверхности ферромагнетика [37]. Однако в основном внимание уделя лось таким динамическим характеристикам, как дисперсионное соотношение, фазовая и групповая скорости, время задержки МСВ. Распределение полей МСВ по объему пластины рассматривалось только для частных случаев на правления распространения (см., например, [37]).

Рис. 12. Распределения магнитных полей объёмных МСВ в ферритовой плёнке для разных направлений волнового вектора k.

Далее излагаются результаты расчётов которые проводились по стандарт ной процедуре решения краевой задачи типа Дэймона –Эшбаха. Получаются закономерности распределения поверхностных и объёмных МСВ в пространст ве. Строятся мгновенные картины линий магнитного поля волны.

Наиболее интересный результат получается для объёмных МСВ. Как из вестно, существует область направлений, где поверхностные МСВ не распро - 27 страняются. Эта область ограничивается так называемым углом отсечки C.

Было обнаружено, что для объёмных волн этот угол также является особой точкой. В окрестности этого угла резко меняется распределение волны по тол щине плёнки. В распределение, описываемое синусоидальной зависимостью волновой функции от толщины, добавляется половина периода. При этом каса тельная составляющая магнитного поля МСВ для этого особого направления достигает максимума на границе и за пределами плёнки, что и объясняет ре зультаты, полученные в пятой главе (рис. 12).

В заключении приводятся наиболее важные результаты и выводы.

В приложении приводятся результаты исследования возбуждения магни тостатических волн СВЧ током с пространственной периодичностью. Несмотря на то, что значительная часть диссертационной работы посвящается проблеме взаимодействия МСВ со стационарными и низкочастотными переменными пространственно-периодическими магнитными полями, отмечается, что сами МСВ являются некоторой периодической в пространстве и времени магнитной системой, которая может быть возбуждена СВЧ магнитными полями или СВЧ токовыми структурами. В связи с этим в качестве дополнения, завершающего круг рассматриваемых вопросов о взаимодействии МСВ с периодическими магнитными системами, помещается раздел посвящённый возбуждению МСВ пространственно периодическими токовыми структурами.

В приложении приводится обзор работ посвящённых возбуждению МСВ в плёночных ферритовых образцах и выполняется теоретическое исследование возбуждения поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ) в ферромаг нитных пластинах с помощью меандровой линии и встречноштыревого возбу дителя. Рассчитывются частотные зависимости волнового импеданса, ширины полосы и КПД возбудителей ПМСВ обоих типов. Показывается, что такие воз будители являются узкополосными, имеют высокий КПД и позволяют возбуж дать ПМСВ с заданными волновыми числами. Рассчитывается изменение ам плитуды СВЧ тока вдоль полосок возбудителя, связанное с потерями энергии тока на возбуждение МСВ при наличии погонной ёмкости между полосками.

- 28 Показывается, что этот эффект заметно влияет на результирующий импеданс возбудителя.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Предложено искусственно образовывать кристаллическую магнитную ре шётку (магнонный кристалл), помещая ферромагнитную плёнку в стацио нарное пространственно-периодическое поле подмагничивания. В качестве источника периодического поля использована магнитофонная лента, с сину соидальной сигналограммой и меандровая полосковая линия с постоянным или переменным током.

2. Методом вторичного квантования развита теория магнитостатических волн в слабоконтрастном одномерном магнонном кристалле при произвольной его ориентации относительно касательного поля подмагничивания. Для этого описание объёмных и поверхностных магнитостатических волн в касательно намагниченной ферромагнитной пластине представлено в терминах кванто вых операторов рождения и уничтожения.

3. Проведены теоретические и экспериментальные исследования распростране ния поверхностных МСВ в слабоконтрастном магнонном кристалле при про извольной ориентации волнового вектора и вектора кристаллической решет ки относительно поля подмагничивания. Показано следующее.

- Частотные зависимости пропускательных и отражательных способностей магнонного кристалла имеют ярко выраженный провал или пик соответ ственно.

- При взаимно перпендикулярной ориентации поля подмагничивания и вектора обратной решётки кристалла возникает вырождение, для которо го полоса непропускания в области границы зоны Бриллюэна пропорцио нальна квадрату малой амплитуды поля подмагничивания создающего кристалл, а границей зоны Бриллюэна является величина вектора обрат ной решётки кристалла q.

- Для невырожденного случая полоса непропускания пропорциональна первой степени вариации поля подмагничивания, границей зоны Бриллю - 29 эна является половина вектора обратной решётки кристалла q/2.

- В магнонном кристалле проявляется эффект невзаимности – дисперсион ные зависимости МСВ, распространяющихся в противоположных на правлениях, различны.

4. Показано, что в зависимости от формы слабоконтрастного магнонного кри сталла брэгговская дифракция поверхностных МСВ происходит по следую щим разным сценариям.

- В случае, когда кристалл ограничен вдоль вектора обратной решетки и бесконечен в перпендикулярном направлении, продифрагировавший луч отражается от кристалла, при этом брэгговские пропускательная и отра жательная способности имеют экспоненциальную зависимость от ампли туды периодического поля кристалла и от его длины.

- В случае, когда кристалл бесконечен вдоль вектора обратной решетки и ограничен в перпендикулярном направлении, продифрагировавший луч может либо проходить сквозь кристалл, либо (в отличии от брэгговской дифракции в других средах) отражаться от него, а рассматриваемые зави симости могут иметь как синусоидальный, так и, соответственно, экспо ненциальный вид. Указанное явление вызывается неколлинеарностью групповой и фазовой скоростей поверхностных МСВ, которое, в свою очередь, связано с наличием большой одноосной анизотропии, вызывае мой однородной составляющей поля подмагничивания.

- Возможен также случай, являющийся аналогом полного внутреннего от ражения, при котором продифрагировавшая МСВ распространяется внут ри кристалла параллельно его границе, а волна нулевого порядка дифрак ции проходит через кристалл, не меняясь по амплитуде, но приобретая фазовый сдвиг.

5. Обнаружено явление значительного увеличения параметра взаимодействия поверхностной МСВ с магнонным кристаллом. Эффект связан с анизотроп ными свойствами, создаваемыми полем подмагничивания, и достигается подбором взаимной ориентации падающей волны и вектора решетки относи - 30 тельно поля подмагничивания. Он приводит к существенному увеличению частотной ширины и глубины непропускания в запрещённой зоне МСВ.

6. Экспериментально обнаружена и исследована дифракция поверхностных магнитостатических волн на магнонном кристалле в режиме Рамана-Ната и в промежуточном режиме. Предложен по аналогии с акустооптикой волновой параметр задачи дифракции, определяющий тип дифракции поверхностных МСВ на магнитной решетке. Экспериментально показано, что этот параметр действительно эффективно характеризует режим дифракции. Установлено, что раман-натовская дифракция поверхностных МСВ на магнонном кристал ле характеризуется наличием большого числа дифракционных максимумов.

Исследованы угловые зависимости различных порядков дифракции.

7. Предложены и опробованы способы измерения дисперсионных зависимостей магнитостатических волн, а также таких характеристик магнитных пленок, как намагниченность насыщения, толщина, параметры ростовой и кристалло графической анизотропии, использующие магнонные кристаллы в качестве дифракционного измерительного инструмента.

8. Предложено использовать явления дифракции поверхностных МСВ на маг нитных решетках для создания СВЧ-фильтров. Создан и испытан макет по лоснопропускающего фильтра с перестраиваемой полосой пропускания.

9. Теоретически показано и экспериментально обнаружено, что, несмотря на малый контраст, магнонный кристалл образует волноводные структуры с ди намическими характеристиками, заметно отличающимися от существующих для однородно намагниченной пленки ЖИГ, создавая условия для частотно избирательного отражения МСВ от кристалла. Показано, что с увеличением амплитуды и уменьшением периода поля в каналах магнонного кристалла происходит смещение спектра поверхностных МСВ в область высоких, а объёмных МСВ в область нижних частот.

10. Экспериментальные и теоретические исследования распространения МСВ в одиночном магнитном канале показали, что двумерно-неоднородное магнит ное поле образует в плёнке феррита пространственный канал, в котором мо - 31 гут распространяться объёмные и поверхностные МСВ моды. Ширина кана ла, занимаемая МСВ модой, немонотонно зависит от частоты. В области ма лых волновых векторов распределение амплитуды поверхностных МСВ мо ды по толщине пленки имеет форму, свойственную объёмным МСВ. Для объёмных МСВ мод существует частота, на которой происходит максималь ное проникновение поля, как за границы канала, так и за пределы феррито вой плёнки, и эта частота соответствует характерному направлению суммар ного волнового вектора, известному как направление отсечки поверхностных МСВ. Дисперсионные кривые объёмных МСВ мод пересекаются между со бой. При этом одни из них образуют области расталкивания, а другие пересе каются без расталкивания.

11. В одиночных каналах и каналах магнонного кристалла могут распростра няться объёмные МСВ перпендикулярно полю подмагничивания, что, невоз можно в касательно намагниченной однородным полем пленке ЖИГ. В отли чие от объёмных МСВ в свободной магнитной плёнке объёмные МСВ в ка налах обладают прямой, а не обратной дисперсией.

12. Экспериментально показана возможность создания связанных каналов МСВ с помощью неоднородного магнитного поля. При этом обнаружено, что меж ду поверхностными МСВ в каналах существует однонаправленная связь, в результате чего волновая энергия периодически перетекает из канала в канал.

Связь между каналами зависит от частоты и ею можно управлять, меняя профиль неоднородности поля подмагничивания.

Компьютерное моделирование показало, что намагниченная область фер ритовой пленки между каналами в зависимости от частоты и конфигурации поля ведет себя или как инертное пространство, или как среда распростране ния МСВ. Волновые функции МСВ мод при этом могут приобретать самые различные формы.

13. Показано, что, выбирая соответствующим образом конфигурацию поля подмагничивания, создающего МСВ-волновод, можно наблюдать гибридные комбинации поверхностных и объемных МСВ мод. Неоднородность профиля - 32 подмагничивающего поля позволяет изменять форму дисперсионной кривой, создавая в заданных областях дисперсионных кривых выпуклые и вогнутые участки контролируемой кривизны.

14. В зависимости от частоты МСВ моды число осцилляций волновой функции, укладывающихся по ширине каждого составляющего сложный волновод ка нала и толщине ферромагнитной плёнки, может меняться - осцилляции как бы перетекают из канала в канал, меняя свою амплитуду. При этом для по верхностных МСВ мод наблюдается следующая закономерность: общее чис ло нулей волновой функции во всем частотном диапазоне является констан той для данной моды. Для объёмных и гибридных объёмно поверхностных мод это правило не выполняется.

15. Обнаружена особенность распространения объёмных МСВ в однородно на магниченной ферромагнитной пластине: распределение объемных мод по толщине скачкообразно меняется при совпадении направления волнового вектора с направлением отсечки для поверхностных волн.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Вашковский А.В., Герус С.В., Харитонов В.Д. Спектр поверхностных маг нитостатических волн, распространяющихся в пространственно периодическом магнитном поле / Труды VI Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике, Варна, София, 1982, т. 4, – С. 450-455.

2. Герус С.В., Харитонов В.Д. Брэгговское отражение поверхностных магни тостатических волн в пространственно-периодическом магнитном поле. / Труды VIII Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы для микроэлектроники", Донецк, 1982, – С. 165-167.

3. Герус С.В., Харитонов В.Д. Спектр поверхностной магнитостатической волны в пространственно-периодическим магнитном поле / "Волновые и колебательные процессы СВЧ в ферромагнитных пленках и слоистых структурах", ЦНИИ "Электроника". – 1982. – Вып. 1 (174). – С. 4. Вашковский А.В., Герус С.В., Зубков В.И. Устройство для обработки элек тромагнитного сигнала. / Авт. свид. № 987720. Опубл. в Б.И. – 1983. – № 1.– С. 232.

5. Герус С.В., Харитонов В.Д. Поверхностные магнитостатические волны в пространственно-периодическом магнитном поле. / ФММ. – 1984. – Т. 58, вып. 6. – С. 1069-1075.

- 33 6. Вороненко А.В., Герус С.В. Взаимодействие поверхностных магнитостати ческих волн с пространственно- периодическим магнитным полем. / Письма в ЖТФ. - 1984.- т.10, №. 12.- С. 746-748.

7. Вороненко А.В., Герус С.B. Отражение поверхностных магнитостатических волн магнитными решетками. / Труды II Вс. школы-семинара "Спиновая электроника СВЧ". Ашхабад. – 1985. – с.35–36.

8. Вороненко А.В., Герус С.В., Чаркин С.М. Определение параметров пленок ЖИГ неразрушаюшим способом. / Труды II Вс. школы-семинара "Спиновая электроника СВЧ". Ашхабад – 1985. – с.165 – 166.

9. Вороненко А.В., Герус С.В. Дифракция поверхностных магнитостатических волн на магнитных решетках в режиме. Рамана-Ната. / Письма в ЖТФ. – 1986. – т. 12, вып. 10. – C.632 – 635.

10. Вороненко А.В., Герус С.В., Красножён Л.A. Исследование амплитудных характеристик при брэгговской дифракции ПМСВ на магнитных решетках. / Труды I семинара по функциональной магнитоэлектронике. Красноярск. – 1986. – с.94 – 95.

11. Voronenko A.V., Gerus S.V. The diffraction of surface magnetоstatic waves on the magnetic grating. / Proceedings of the International Symposium, ISSWAS, Novosibirsk, USSR, 1986, p. 316 – 319.

12. A.C. № 123689I. Способ определения дисперсионной характеристики маг нитных волн в гиромагнитном материале. / Вороненко А.В., Герус С.В.

Опубл, Б.И. № 44 от 30.11.86.

13. Вороненко А.В., Герус С.В., Красножён Л.A. Брэгговская дифракция ПМСВ на магнитной решетке с переменным полем / Труды Региональной конфе ренции "Спиновые явления электроники СВЧ", Краснодар. – 19 окт. 1987. – С. 57 – 58.

14. Герус С.В., Харитонов В.Д. Квантование магнитостатических волн в каса тельно намагниченной ферромагнитной пластине. / ФММ. – 1988. – Т. 66, вып. 1. – С. 192 – 194.

15. Вороненко А.В., Герус С.В., Харитонов В.Д. Дифракция поверхностных магнитостатических волн на магнитных решетках в режиме Брэгга. / Извес тия вузов. Физика. – 1988. – Т. 31, вып. 11. – С. 76 – 85.

16. Вороненко А.В., Герус С.В., Красножён Л.A. Метод измерения параметров гиромагнитных пленок. / Микроэлектроника. – 1989. – Т. 18, вып. 1. – С. – 65.

17. Герус С.В. Методика и программное обеспечение для неразрушающего из мерения параметров пленок ЖИГ. / Труды IV Всесоюзной школы-семинара "Спин-волновая электроника СВЧ", Львов. – 1989. – С. 159 – 160.

18. Герус С.В. Распространение магнитостатических волн в каналах, создавае мых периодическим магнитным полем. / Труды IV семинара по функцио нальной электронике. Красноярск. – 1990. – С. 222 – 223.

19. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В. Канализация магнитостатиче ских волн в квазикасательном неоднородном магнитном поле / Сб. трудов V Всесоюзной школы-семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Звениго род, 8 – 13.10.1991. – С. 15 – 16.

- 34 20. Анненков А. Ю., Вороненко А. В., Герус С. В., Сотников И. В. Рассеяние поверхностных магнитостатических волн магнитными решетками / Радио техника и электроника. – 1992. – Т. 37, № 1. – С. 157 – 159.

21. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В. Распространение магнитоста тических волн в стационарном, пространственно-периодическом магнитном поле / Радиотехника и электроника. – 1992. – Т. 37, № 8. – С. 1371 – 1380.

22. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В., Васильев И. В., Васильева М.

В., Ковалев С. И. Модовый состав волновода ПМСВ, создаваемого неодно родным магнитным полем / Сб. трудов VI Всесоюзной школы-семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Саратов, 4 – 8.09.1993. – С. 70 – 71.

23. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В., Васильев И. В., Васильева М.

В., Ковалев С. И. Исследование первой моды ПМСВ в канале, создаваемом неоднородным магнитным полем / Сб. трудов VI Всесоюзной школы семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Саратов, 4-8.09.1993. – С. 72-73.

24. Васильев И. В., Герус С. В. Математическое моделирование резонанса по верхностных магнитостатических волн в поперечно-неоднородном магнит ном поле / Письма в ЖТФ. – 1993. – Т. 19, вып. 18. – С. 76 – 81.

25. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Mode structure of magnetostatic waveguide, created by a nonuniform bias field / Proceedings of XII-th International Confe rence on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics).

Bulgaria, Gyulechitsa, 19-23.09.1994. – P. 12-16.

26. Анненков А. Ю., Васильев И. В., Герус С. В., Ковалев С. И. Моды поверх ностных магнитостатических волн в канале, создаваемом неоднородным магнитным полем / ЖТФ. – 1995. – Т. 65, № 4. – С. 71 – 82, библ. 27.

27. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распространение магнитостатических волн в перекрывающихся магнитных каналах / Труды первой объединенной кон ференция по магнитноэлектронике, Москва, 19 – 21.09.1995. – С. 141 – 142, библ.4.

28. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Structure of magnetostatic backward volume waves. / Proceedings of XIII-th International International Conference on Micro wave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Romania, Busteni, 23-26.09.1996. – P. 79 – 84. Bibl. 1.

29. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Magnetostatic waves in overlapped magnetic channels. / Proceedings of XIII-th International International Conference on Mi crowave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Romania, Busteni, 23-26.09.1996. – P. 85 – 92. Bibl. 1.

30. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распространение магнитостатических волн в двух связанных каналах, образованных магнитным полем. / Радиотехника и электроника. – 1996. – Т. 41, № 2. – С. 216 – 219.

31. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Численное моделирование ква зиповерхностных магнитостатических волн в ферритовой пленке с двумя магнитными каналами. / ЖТФ. – 1998. – Т. 68, № 2. – С. 91 – 96.

32. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Моды квазиповерхностных магнитостатических волн в двухканальном ферритовом волноводе / Сб.

- 35 трудов XVI Международной школы-семинара «Новые Магнитные Мате риалы Микроэлектроники, Москва, МГУ. – 23-26.06.1998. – С. 87 – 88.

33. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Features of Distribution of magnetostatic Waves in Tangentially Magnetized Ferromagnetic Plate / Proceedings of XIV-th Interna tional Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodi namics), Hungary, Eger. – 11-15.10.1998. – Vol. 1. – P. 37-40, Bibl. 1.

34. Анненков А. Ю., Герус С. В. Расчет магнитостатических волновых функций для касательно намагниченной ферромагнитной пленки / Proceedings of XIV-th International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electron ics & Electrodinamics), Hungary, Eger. – 11-15.10.1998. – Vol. 2. – P. 64-75, Bibl. 6.

35. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распределение полей магнитостатических волн в касательно намагниченной ферромагнитной пластине / ЖТФ. – 1999. – Т. 69, № 1. – С. 82 – 87.

36. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Влияние формы постоянного неоднородного поля, создающего канал в ферромагнетике, на дисперсион ные свойства магнитостатических мод и вид распределения потенциала по ширине канала. / Сб. трудов VIII международной конференции по спиновой электронике. Москва (Фирсановка). – 12 – 14.11.1999. – Изд-во МЭИ. – С. 116 – 124.

37. Анненков А. Ю., Герус С. В. Поверхностные магнитостатические волны в канале, создаваемом ступенчатым полем подмагничивания / Сб. трудов XVII Международной школы-семинара «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники», Москва, МЭИ. – 20 – 23.06. 2000. – С. 397 – 398.

38. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Трансформация поверхностных магнитостатических волн, канализируемых ступенчатым полем подмагни чивания / ЖТФ. – 2002. – Т. 72, № 6. – С. 85 – 89.

39. Annenkov A. Yu., Gerus S. V., Kovalev S. I. Transformation of Surface Magne tostatic Waves Channeled by a Step Bias Field / Technical Physics ISSN 1063 7842. – V. 47, № 6. – P. 737.

40. Герус С.В. Магнитные фотонные кристаллы на основе пространственно периодического магнитного поля. / Труды XII Международной конферен ции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике, Москва (Фирсановка). – 19 – 22.12.2003. – Изд-во УНЦ-1 МЭИ (ТУ). – С. 210 – 215.

41. Анненков А.Ю., Герус С.В., Ковалев С.И. МСВ – моды ступенчатого маг нитного волновода / Сб. трудов XII Международной конференции по спи новой электронике и гировекторной электродинамике, Москва (Фирсанов ка). – 19 – 21.11.2003 / М: Изд-во УНЦ № 1 МЭИ (ТУ). – 2003. – С. 291 – 301.

42. Анненков А.Ю., Герус С.В., Ковалев С.И. Объемные и поверхностно объемные магнитостатические волны в волноводах, создаваемых ступенча тым полем подмагничивания / ЖТФ. – 2004. – Т. 74, № 2. – С. 98 – 104.

43. Анненков А. Ю., Виноградов А. П., Герус С. В., Рыжиков И. А., Шишков С.

А. Создание и экспериментальное исследование двумерного магнитного кристалла. / Труды Шестой ежегодной конференции ИТПЭ ОИВТ РАН, - 36 Москва март 2005 г. – стр 15 – 16.

44. Анненков А. Ю., Виноградов А. П., Герус С. В., Рыжиков И. А., Шишков С.

А. Исследование магнитостатических волн в фотонных кристаллах. / Сб.

трудов международной конференции «Новые магнитные материалы микро электроники» NMMM 2006. – С. 648 – 650.

45. Annenkov A. Yu., Gerus S. V., Vinogradov A.P. Magnetostatic waves in magnet ic crystals. / International conference “Functional Materials”. Ukraine, Crimea, Partenit. ICFM – 2007. – P. 321.

46. Анненков А. Ю., Виноградов А. П., Герус С. В., Рыжиков И. А., Шишков С.

А., Иноуе М. Исследование магнитостатических волн в фотонных кристал лах. / Известия РАН. Серия Физическая. – 2007. – Т. 71, № 11. – С. 1612 – 1613.

47. Анненков А. Ю., Герус С. В. Особенности поверхностных и объёмных маг нитостатических волн в касательно намагниченной пластине. / Сб. трудов XXI международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных мате риалах», Москва, 28 июня – 4 июля 2009 г. – С. 922 – 924.

48. Анненков А. Ю., Герус С. В. Экспериментальная установка для исследова ния магнитостатических волн в искусственных магнитных кристаллах. / Сб.

трудов XXI международной конференции «Новое в магнетизме и магнит ных материалах» НМММ, Москва, 28 июня – 4 июля 2009 г. – С. 925 – 927.

49. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Surface magnetostatic waves in Brillouin zone of artificial magnetic crystal. / International symposium “Spin Waves 2009”, St.Petersburg, June 7 – 12, 2009. – P. 41.

50. Анненков А. Ю., Герус С. В. Визуализация отражения магнитостатической волны от магнитной решётки / Труды XVII Международной конференции Магнетизм, дальнее и ближнее спин-спиновое взаимодействие, Москва – Фирсановка, 20 – 22 ноября 2009 г. – С. 117 – 120.

Цитируемая литература 1. Pizzarello F.A., Collins J.H., Coerver L.E. Magnetic steering of magnetostatic waves in epitaxial YIG films. / J.Appl. Phys. -1970.-41, IT 3.-Р. 1016-1017.

2. Вашковский А.В., Гречушкин К.В., Стальмахов А.В. Пространственно частотные зависимости потока энергии поверхностной магнитостатической волны. / РЭ.- 1985,- т.XXX, № 12 с. 2422- 2428.

3. Syke C.G., Adam J.D., Collins J.Н. Magnetostatic wave propagation in a periodic structure, / Appl.Phys.Lett.-1976,- v. 29, № 6.

4. Tsutsumi М., Sakaguchi Y., Kumagai N. The magnetostatic surface-wave propa gation in a corrugated YIG slab./ Appl. Phys. Lett,- 1977.-V. 31, № 11.- p. 779 781.

5. Parekh J.P., Tuan H.S. Reflection of magnetostatic forward volume waves by a shallow- grooved grating on a YIG film. / IEEE trans, on microwave theory and tech.- 1978.- v. MTT-26, № 12,- p. 1039-1044.

- 37 6. Ming-chi Tsai, Seshadri S.R. Effect of resonance line-width on a insertion loss of a periodically corrugated YIG film./ J. Appl. Phys,- 1980,- v, 54, N. 4,- p. 2294 2296.

7. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Плесский В.П. Распространение магнитостати ческих волн в нормально намагниченной пластине феррита с периодически неровными поверхностями./ ФТТ.-1980.-т.22, № 9,- с.2831-2833.

8. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Плесский В.П. Отражение поверхностных маг нитостатических волн от периодически неровного участка поверхности феррита../ Радиотехника и электроника.- 1981.-Т. 26, № 11,-с. 2282-2290.

9. Гуляев Ю.В., Никитов С.А. Брэгговское отражение ПМСВ от периодиче ского участка поверхности феррита при наклонном падении волны./ ФТТ. 1982.-Т.23, № 12.-е. 3678-3679.

10. Castera J.P. State of art in design and technology of MSW devices./ Journal of Appl. Phys.- 1984-.- v. 55. part II B.- p. 2506-2511.

11. Owens J.M., Smith C.V., Mears T.S. Magnetostatic wave reflective array filters./ IEEE MTT-S.- Intern. Microwave Symp. Digest.- 1979.- P. 154- 156.

12. Гуляев Ю.В., Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Сорокин В.Г. Неупругое рас сеяние поверхностных магнитостатических волн на ПАВ в монолитной структуре ЖИГ- ГГГ. / Письма в ЖТФ. - 1986.-т. 12, в.9.- с. 502-507.

13. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Животовский Л.В., Климов А.А., Тайад Ф., Пресманес Л., Бонин К., Цай Ч.С., Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А. Фер ромагнитные пленки с периодическими структурами с магнонной запре щенной зоной -- магнонные кристаллы. / Письма в ЖЭТФ. – 2003.- Т. 77, вып. 10. – С. 670-674.

14. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Волков А.И. Поверхностные магнитостатиче ские спиновые волны в двумерных магнонных кристаллах. / Радиотехника и электроника, - 2007. – Т. 50, № 9. – С. 1107-1113.

15. Григорьева Н.Ю., Калиникос Б.А. Дисперсионные характеристики спино вых волн в планарных периодических структурах на основе ферромагнит ных пленок. / ЖТФ. – 2009. – Т. 79, вып. 8. – С. 110-117.

16. Телеснин Р.В., Кошкин Л.И., Нестреляй Т.И., Шишков А.Г., Экономов Н.А.

Изучение процессов намагничивания монокристаллических ферритовых пленок с помощью эффекта Фарадея, / ФТТ.- 1971.- тв 13, № 2,- с. 361-367.

17. Суху Р. Магнитные тонкие пленки. / М.: Мир, 1967. –279 с.

18. Телеснин Р.В., Козлов В.И., Дудоров В.Н. Ферромагнитный резонанс в эпи таксиальных пленках Y3Fe5-x GaO12. / ФТТ.-1974.-T. 16, № 11.- с.3532 3534.

19. Лакс Б., Баттон К. Сверхвысркочастотные ферриты и ферримагнетики. / М.:

Мир, 1965. – 676 с.

20. Беспятых Ю.И., Зубков В.И., Тарасенко В.В. Распространение поверхност ных магнитостатических волн в ферромагнитной пластине. — ЖТФ, 1980, 50, № 1,с. 140—146.

21. Awai I., Ikenoue J. Magnetostatic surface wave propagation in a nonuniform magnetic field / J. Appl. Phis. – 1980. – V. 51, № 5. – P. 2326-2331.

- 38 22. Бурлак Г.Н. МСВ в ферромагнитных пленках при неоднородном магнитном поле / Письма в ЖТФ. – 1986. – Т. 12, № 24. – С. 1476-1480.

23. Вызулин С.А., Коротков В.В., Розенсон А.Э. Траектория и амплитуда моно хроматической МСВ в ферритовой пленке, намагниченной неоднородным полем / Радиотехника и электроника. – 1991. – Т. 36, № 10. – С. 2024-2030.

24. Вашковский А.В., Зубков В.И., Локк Э.Г., Щеглов В.И. Распространение ПМСВ в неоднородном постоянном магнитном поле типа протяженной ямы / ЖТФ. – 1990. – Т. 60, № 7. – С. 138-142.

25. Morgenthaler F.R. Control of MSW in thin films by means of spatially nonuni form bias fields / Circuits Syst. Signal Process. – 1985. – V. 4, № 1-2. – P. 63-88.

26. Каменецкий Е.О., Соловьев О.В. МСВ в касательно намагниченных пленках феррита с поперечной неоднородностью поля / ЖТФ. – 1990. – Т. 60, № 8. – С. 124-131.

27. Tsutsumi M., Masaoka Y., Ohira T., Kumagai N. New technique for MSW delay lines / IEEE Trans. – 1981. – MTT-29, № 6. – P. 583-587.

28. Yashiro Y., Miyazaki M., Ohkawa S. Boundary element method approach to MSW problems / IEEE Trans. – 1985. – MTT-33, № 3. – P. 248-253.

29. Radmanesh M., Chu C.-M., Haddad G.I. MSW propagation in finite YIG-loaded rectangular waveguide / IEEE Tranas. – 1986. – MTT-34, № 12. – P. 1377-1382.

30. Васильев И.В., Ковалев С.И. Электродинамическая теория волноводных структур с МСВ / Радиотехника и электроника. – 1993. – Т. 38, № 12. – С. 2174-2185.

31. Новиков Г.М., Петрунькин Е.З. Экспериментальное исследование распро странения МСВ в пленочных волноводах / Радиотехника и электроника. – 1984. – Т. 29, № 9. – С. 1691-1695.

32. Stancil D.D., Morgenthaler F.R. Guiding MSSW with nonuniform in-plane fields / J. Appl. Phys. – 1983. – V. 54, № 3. – P. 1613-1618.

33. Каменецкий Е.О., Соловьев О.В. Прохождение поверхностной спиновой волны в условиях неоднородного внутреннего магнитного поля / ЖТФ. – 1987. – Т. 57, № 12. С. 2411-2414.

34. O'Keefe T.W., Patterson R.W. MSSW propagation in finite samples / J. Appl.

Phys. – 1978. – V. 49, № 9. – P. 4886-4895.

35. Каменецкий Е.О., Соловьев О.В. Магнитостатические моды в системе свя занных спиновых волноводов в касательном поперечном магнитном поле / Письма в ЖТФ. – 1990. – Т. 16, № 17. – С. 28-32.

36. Damon R.W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of ferromagnet slab / J. Phys.

Chem. Solids. – 1961. – V. 19, № 3/4. – P. 308-320.

37. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. / М.: Физматлит, 1994. – 464 с.



 

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.