WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

ФИЛИМОНОВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ В СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ  НА ОСНОВЕ СЛАБОАНИЗОТРОПНЫХ ПЛЕНОК ФЕРРИТОВ ГРАНАТОВ

01.04.11 – Физика магнитных явлений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

МОСКВА 2008 г.

Работа выполнена в Саратовском филиале Ордена Трудового Красного Знамени Института радиотехники и электроники РАН.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

  профессор Попков А.Ф.

доктор физико-математических наук,

профессор  Фетисов Ю.К.

 

доктор физико-математических наук,

профессор  Шавров В.Г

Ведущая организация:  Саратовский государственный  университет им.

  Н.Г.Чернышевского 

       Защита диссертации состоится «20»  июня  2008 г., в «10-00» на заседании диссертационного совета Д 002.231.01  при Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 125009, Москва ГСП-9, ул. Моховая 11, корп.7

 

  С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН

Автореферат разослан  «____» _________________2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук,

  профессор  С.Н. Артеменко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На протяжении последних десятилетий сложился и сохраняется устойчивый интерес к исследованиям спиновых волн (СВ) в слоистых структурах на основе магнитоупорядоченных кристаллов. Это обусловлено,  с одной стороны, перспективой практического использования СВ в различных устройствах твердотельной СВЧ-электроники, а с другой - уникальной совокупностью свойств СВ, приводящей к большому разнообразию физических эффектов, наблюдающихся при возбуждении, распространении и взаимодействии волн.

  Свойствами спиновых волн можно управлять как с помощью выбора величины и направления внешнего подмагничивающего поля , так и за счет выбора параметров волноведущей среды, в качестве которой, как правило, используют пленки железоиттриевого граната (ЖИГ) на подложках гадолиний галлиевого граната (ГГГ) [1], феррошпинелей [2], гексаферритов [3] и ферромагнитных металлов [4], которые могут образовывать слоистые структуры с другими магнитными пленками [5], а также пленками полупроводников [6], высокотемпературных сверхпроводников [7], сегнетоэлектриков [8] и металлическими экранами [9]. Частота возбуждения и характер СВ определяются внутренним эффективным полем, вклад в которое наряду с внешним полем и полем размагничивания дают поля кристаллографической и ростовой анизотропии, неоднородный обмен и магнитострикция. В том случае, когда два последних вклада несущественны, перенос энергии в среде осуществляется за счет дальнодействующего диполь-дипольного взаимодействия и такие СВ принято называть магнитостатическими волнами (МСВ). Если обменное взаимодействие дает заметный вклад, то распространяющиеся вдоль волновода волны называют дипольно-обменными СВ [10]. Наконец, магнитострикция может приводить к взаимодействию СВ и упругих волн (УВ) и образованию на частотах фазового синхронизма магнитоупругих волн (МУВ) [11].  Поля размагничивания и магнитной анизотропии не меняют характер названных СВ, однако могут существенно влиять на их частоту. По этой причине пленки гексаферритов, обладающие значительным полем одноосной анизотропии, а также пленки ферромагнитных металлов, имеющие большую намагниченность, считаются перспективными для разработки устройств на СВ на диапазон частот > 20 ГГц [12]. Эпитаксиальные структуры ЖИГ/ГГГ и пленки феррошпинелей позволяют исследовать распространение МСВ в области частот 1-20 ГГц. Изучение свойств СВ на частотах ниже 1 ГГц (10-1000 МГц) практически не проводилось, поскольку наличие «внутренних» полей анизотропии не позволяет в большинстве случаев получить частоту возбуждения СВ существенно ниже 500-1000 МГц, не приводя при этом к формированию доменной структуры в пленке.

  Между тем, задача освоения высокочастотного и нижнего СВЧ диапазонов (10-1000 МГц) является актуальной, поскольку при этом существенно расширяются возможности технических применений СВ. Кроме того, на низких частотах можно ожидать более яркого проявления тех  эффектов, наблюдение которых затруднено на СВЧ, например магнитоупругого взаимодействия. Наконец сами слабоанизотропные магнитные материалы представляет определенный интерес, поскольку на их основе могут быть разработаны новые подходы к управлению характеристиками СВ. 

Цель работы состояла в поиске слабоанизотропных пленок ферритов гранатов, обладающих малыми полями анизотропии и перспективных для использования в качестве волноводов СВ на частотах 10-1000 МГц; исследовании различных способов управления характеристиками спиновых волн в планарных слоистых структурах на основе слабоанизотропных пленок ферритов; изучении нелинейных явлений при распространении спиновых волн; в  разработке методов диагностики параметров ферритовых пленок и новых методов измерения характеристик СВ, а также предложении новых устройств обработки информации СВЧ.

Научная новизна работы определяется положениями выносимыми на защиту:

1. Установлено, что ферритовые пленки /ГГГ (111) при степени замещения , намагниченности насыщения Гс и типичных для пленок чистого ЖИГ значениях параметра диссипации Э обладают полями одноосной  Э и кубической Э анизотропии, константами магнитострикции и   и характеризуются величиной постоянной неоднородного обмена . В таких пленках можно наблюдать распространение дипольных магнитостатических спиновых волн начиная с частот 10 МГц. При этом дисперсионные характеристики таких МСВ могут легко перестраиваться упругими напряжениями, а сами МСВ могут взаимодействовать с обменными и упругими волнами тонкопленочной структуры, что в условиях фазового синхронизма может приводить к возникновению аномальных участков в спектре и осцилляциям затухания, а в отсутствие такового - к радиационным потерям МСВ.

2. Спектр ПМСВ, распространяющихся в структурах феррит-проводник, с точностью не хуже 10% соответствует  спектру ПМСВ либо в структуре феррит-идеальный металл, либо в изолированной пленке. ЭДС увлечения электронов в структуре феррит-полупроводник осциллирует на частотах резонансного взаимодействия МСВ с обменными модами или упругими модами структуры пленка-подложка. Вклад электронов в  коэффициент связи МСВ и упругих волн, а также лэмбовских и сдвиговых волн, может приводить к появлению существенной мнимой части, что проявляется в расталкивании частотных зависимостей декрементов взаимодействующих волн.

3. В двухслойных ферритовых структурах можно эффективно управлять дисперсией и затуханием МСВ при изменении взаимной ориентации эквивалентных кристаллографических осей, направления внешнего магнитного поля и величины межслойного обмена.

4. В ферритовых пленках параметрические спиновые  волны (ПСВ)  могут существенно менять дисперсию и затухание МСВ и условия ее резонансного взаимодействия с упругими волнами Рэлея. Слабый дополнительный сигнал в условиях трехмагнонных распадов ПМСВ может заметно менять распределение ПСВ по спектру пленки и приводить к эффекту усиления вторичных ПМСВ. Вторичные ПМСВ могут образовываться в результате беспороговых процессов слияния двух ПСВ, одна из которых отвечает вырожденному, а другая - невырожденному трехмагнонным распадам ПМСВ накачки.

5. При уровнях надкритичности накачки 1-10 дБ в спектре сигнала МСВ, распространяющихся в касательно намагниченной пленке в условиях трехмагнонных распадов, рождаются сателлиты с частотами 10-1000 кГц, которые не связаны с геометрическими размерами пленки или протяженностью неравновесного участка пленки. При достаточно большой надкритичности МСВ в пленке происходит рождение шумового сигнала, причем в условиях трехмагнонных распадов это обусловлено кинетической неустойчивостью в системе параметрических спиновых волн, а в условиях  четырехмагнонного распада – может также явиться результатом развития динамического хаоса через разрушение двухчастотного квазипериодического движения и удвоение периода.

6. Распространение (взаимодействие) импульсов СВЧ в структурах феррит-диэлектрик-металл (ФДМ) на частотах существования МСВ существенно определяется дисперсионными и нелинейными эффектами и выбором местоположения выходного преобразователя (области взаимодействия импульсов) относительно неравновесного участка пленки. В условиях трехмагнонного распада, на выходном преобразователе, расположенном за неравновесным участком, формируется эхо-импульс,  вызванный слиянием параметрических СВ и "отключением" механизма нелинейного затухания СВ на неравновесном участке. Четырехмагнонные процессы в ФДМ структуре приводят к самовоздействию импульсов ПМСВ лишь при длительности меньшей времени развития параметрической неустойчивости.

7. В рамках модели, основанной на нестационарном нелинейном уравнении Шредингера с диссипативным членом, удается получить качественное совпадение результатов численного и экспериментального исследований эффектов самовоздействия импульсов ПМСВ в структуре ФДМ.

Практическая значимость работы состоит в исследовании свойств слабоанизотропных эпитаксиальных ферритовых  структур /ГГГ (111)   , перспективных для разработки устройств спин-волновой электроники в ВЧ и нижней части СВЧ диапазонов,  разработке различных методов управления характеристиками МСВ в планарных ферритовых структурах. В результате проведенных исследований предложены методы измерения полей анизотропии и диссипативных параметров ферритовых структур, пространственного декремента и коэффициента дисперсии МСВ, подходы к измерению порога параметрической неустойчивости МСВ и оценке влияния параметрических спиновых волн на дисперсию и затухание МСВ. Созданы макеты бездисперсионной линии задержки и устройств фильтрации, защищенные рядом авторских свидетельств.

Достоверность результатов определяется как использованием современных методов расчета и стандартной измерительной аппаратуры, так и согласием основных теоретических положений и результатов численного моделирования с результатами экспериментов.

Личный вклад автора состоит в постановке задач, участии в проведении расчетов и экспериментальных исследований, обсуждении и изложении результатов исследований. Постановка задачи по экспериментальному исследованию эффектов самовоздействия при распространении импульсов ПМСВ в ФДМ структуре осуществлялась совместно с Никитовым С.А.. Численное моделирование эффектов самовоздействия МСВ в ферритовых структурах проводилось на основе программы численного решения нестационарного нелинейного уравнения Шредингера, разработанной Дудко Г.М..

Апробация работы.  Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждались на семинарах по спиновым волнам (Ленинград, С.-Петербург 1982-2002, 2007); XIV,XV,XVI и XVIII всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Харьков, 1979, Пермь, 1981, Тула, 1983, Калинин, 1988); XI и XII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике (Душанбе, 1981, Саратов 1982); Всесоюзной научно-технической конференции «Проектирование и применение радиоэлектронных устройств на диэлектрических волноводах и резонаторах», (Саратов, 1983); Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы интегральной электроники СВЧ», (Ленинград, 1984); На 6-ой, 11-ой и 13-ой зимних школах по электронике СВЧ, (Саратов, 1984, 1994, 2006); I-VI Всесоюзных конференциях «Спиновая электроника СВЧ», (Саратов, 1982, Ашхабад, 1985,  Краснодар, 1987. Львов, 1989 ,Звенигород, 1991, Саратов, 1993); Всесоюзных семинарах «Магнитоэлектронные устройства СВЧ» (Киев 1985,1987); Первом и втором Международном симпозиуме «Поверхностные волны в твердых телах и слоистых структурах» (Новосибирск, 1986,  Варна, 1989); II,III, IV Всесоюзных школах-семинарах «Функциональная магнитоэлектроника», (Красноярск, 1986, 1988,1990); IX и X-ой Всесоюзной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники», (Рига 1986, Ташкент 1988); X-ой Международной школы по магнитному резонансу (Новосибирск, 1987); XV-м Всесоюзном семинаре «Гиромагнитная электроника и электродинамика» (Куйбышев, 1987); Международной конференции по магнетизму  INTERMAG (Амстердам, 2003); Всесоюзном симпозиуме по физике аморфных магнетиков (Красноярск, 1989); III Всесоюзной школе-семинаре «Взаимодействие электромагнитных волн с твердым телом», (Саратов, 1991); Первом и третьем Международном семинарах «Нелинейные волны в магнитных пленках» (Ульяновск 1991, Рим 1995); I и II объединенных конференциях по магнитоэлектронике (Москва 1995, Екатеринбург 1997); 7-ой Международной конференции по ферритам (Бордо 1996); 16-ом международном симпозиуме “Нелинейная акустика”(Москва, 2002); XII Международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике (Москва, 2003); Международной конференции по функциональным материалам ICFM (Украина, Крым, 2003, 2005, 2007); Международной конференции по магнетизму ICM (Рим, 2003); на научных семинарах в Институте радиотехники и электроники РАН, Институте физических проблем им. П.Л. Капицы РАН, Саратовском государственном университете, Киевском государственном университете, Московском физико-техническом институте, университете Ёнсей (Сеул, Республика Корея).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 70 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата, в том числе по материалам диссертации получено 6 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения  списка цитированной литературы из 526 наименований, изложена на 454 страницах, включая 251 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту, отмечается новизна проведенных исследований и дается краткое изложение содержания по главам.

Глава 1 содержит результаты исследований магнитных свойств слабоанизотропных ферритовых эпитаксиальных структур  /ГГГ (111) при степени замещения , , выращенных в НИИМЭТ А.В. Маряхиным. В первом разделе главы выводится дисперсионное уравнения МСВ в косонамагниченных ферритовых слоях с кубической анизотропией, проводится его анализ и подробно обсуждается зависимость длинноволновой границы спектра МСВ косонамагниченной пленки от угла между проекцией магнитного поля на плоскость пленки и кристаллографическим направлением, лежащим в плоскости пленки. В пренебрежении «выходом» намагниченности из плоскости намагничивания получено выражение для ориентационной зависимости  косонамагниченных пленок и отмечается, что такие зависимости обладают более высокой чувствительностью к влиянию полей анизотропии , чем в случае «традиционного» касательного намагничивания, что делает их удобными для измерения полей . Приводятся результаты экспериментов  по исследованию ориентационных зависимостей в пленках Ga,Sc:ЖИГ и результаты измерений полей кубической и одноосной анизотропии (см. таблицу).  Обсуждаются результаты исследования «обменных осцилляций» амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик МСВ в пленках Ga,Sc:ЖИГ  и результаты измерения обменной константы и обменной жесткости (см. таблицу). Приводятся результаты теоретического и экспериментального исследования влияния однородных деформаций на спектр ПМСВ в пленках Ga,Sc:ЖИГ и результаты измерений магнитоупругих констант (см. таблицу) по сдвигу частоты упруго деформированной пленки. Делается анализ  измерения пространственных декрементов МСВ в пленках, по которым рассчитываются значения диссипативного параметра пленок (см. таблицу). Обсуждаются механизмы радиационных потерь ПМСВ, связанные с излучением убегающих от поверхности пленки объемных обменных и упругих волн,  быстрых электромагнитных волн в структуре феррит-сегнетоэлектрик и радиационные потери внутренних поверхностных магнитостатических волн в слоистой структуре из двух анизотропных слоев. 

Таблица.

Sc (y)

Ga(x)

t, мкм

, ПОМСВ

МГц

,Гс

, Э

, Э

()

, Э

А, эрг/см

*107

, см2

*1011

B1, эрг/см3

*10-6

В2, эрг/см3

*10-6

1

0

0

4.5

440

1750

-95

-46

<0.65

3.85

3.97

2.5

4.1

2

0.2

0.65

17

420

800

-104

-34

<0.75

1.22

6

-

-

3

0.19

0.72

4.6

291

700

-68

-34

<0.65

0.77

5

1.5

2.0

4

0.19

0.9

20.2

64

430

-15

-8

<0.8

1.29

22

0.6

1.1

6

0.28

1.0

14

26

320

-10

-4

<0.8

0.46

14

-

-

7

0.29

1.12

27.6

50

290

-24

-6

<0.7

-

-

0.3

0.6

8

0.27

1.12

55

30

250

20

-5

<0.7

-

-

-

-

9

0.23

1.12

40

35

200

16

-10

<0.8

-

-

-

-

Глава 2 посвящена исследованиям особенностей распространения МСВ в слабоанизотропных пленках Ga,Sc:ЖИГ.  Приведены результаты экспериментального исследования дисперсионных зависимостей и затухания основных типов МСВ в пленках Ga,Sc:ЖИГ в области частот 10-1000 МГц  и  выполнено сравнение с результатами соответствующих расчетов.  Приводятся результаты экспериментального и теоретического исследования МСВ с упругими модами структуры ферритовая пленка – подложка ГГГ. На примере взаимодействия обратных объемных МСВ (ООМСВ) с лэмбовскими и чисто сдвиговыми упругими волнами касательно намагниченного слоя феррита теоретически исследован ряд новых физических эффектов: снятие вырождения частот отсечки поперечных упругих и магнитостатических мод, которое достигается за счет взаимодействия МСВ и поперечных лэмбовских волн, сопровождается нарушением порядка следования и приводит к резонансному взаимодействию мод МСВ различных номеров одинаковой четности (вставка I к рис.1); взаимодействию упругих мод различной поляризации за счет магнитострикции (вставка III к рис.1) и «тройным» резонансам с участием МСВ; эффектам трансформации сдвиговых упругих волн в лэмбовские, поверхностных в – объемные и наоборот в условиях «сильной» магнитоупругой связи, когда резонансные перестройки дисперсии превышают межмодовое расстояние (вставка IV к рис.1). Резонансное взаимодействие  ООМСВ и упругих волн пластины  приводит, как правило, к образованию полос «непропускания» (вставка II к рис.1). В области «быстрых» МУВ наиболее эффективно с МСВ взаимодействуют поперечные лэмбовские моды, тогда как эффективность взаимодействия МСВ с низшими упругими модами различной поляризации примерно одинакова.

Рис.1: Дисперсия ООМСВ (сплошные линии), сдвиговых (пунктир) и лэмбовских (штрих-пунктир) упругих мод в ферритовом слое в отсутствии магнитоупругой связи. На вставках показаны особенности спектра при наличии магнитоупругой связи: I – дисперсия мод ООМСВ вблизи частот отсечки, II-дисперсия и затухание в области резонанса магнитостатической и упругой мод (серый и черный цвета, соответственно, без и с учетом диссипации), III- дисперсия и затухание в области резонанса лэмбовской и сдвиговой упругих мод, IV –дисперсия и затухание упругих мод в области их сгущения.

Приведены результаты исследования взаимодействия ООМСВ с лэмбовскими модами  структуры пленка-подложка и ПАВ Рэлея. Впервые показано, что волна Рэлея испытывает осцилляции декремента и дисперсии в условиях резонансов с модами ООМСВ различных номеров (как низших (преимущественно дипольных), так и высших (преимущественно обменных), которым отвечают области «низких» (А) и «высоких» полей (В) на рис.2.

Рис.2. Зависимость дополнительного ослабления ПАВ (А) от величины магнитного поля в пленке Ga,Sc:ЖИГ с одноосной магнитной анизотропией «легкая плоскость» (№8 Таблицы). На вставке: 1- звукопровод LiNbO3, 2- структура Ga,Sc:ЖИГ/ГГГГ, 3-встречно-штыревые преобразователи (130..150 МГц), 4- микрополосковая антенна.

В структурах переменной толщины, типа «акустическая линза» из-за малых потерь мод Лэмба на частотах 10-500 МГц, возможно «усиление» сигнала МСВ  на частотах магнитоупругих резонансов – см. рис.3. В условиях совпадения частот резонансного взаимодействия МСВ с модами спин-волнового резонанса (СВР) и Лэмба  участие в резонансе упругой моды проявляется в виде тонкой структуры на участке аномальной дисперсии и пика поглощения МСВ, отвечающего образованию дипольно-обменной волны – рис.4.

Показано, что в пленках Ga,Sc:ЖИГ с полосовой доменной структурой (ПДС) могут наблюдаться и  резонансно взаимодействовать МСВ, отвечающие основным типам колебаний намагниченности в ПДС – волнам смещений доменных границ, синфазных и противофазных типов прецессии магнитного момента в доменах. Для пленок, намагниченных в «трудном» направлении относительно нормальной одноосной поверхностной анизотропии, рассчитаны спектры поверхностных спиновых волн, распространяющихся вдоль границы пленки с закрепленными спинами. В случае, когда закрепление спинов присутствует на обеих границах пленки, такие поверхностные спиновые волны могут гибридизоваться друг с другом, что проявляется в «расталкивании» дисперсионных кривых в области значений . В касательно намагниченных пленках с нормальной поверхностной анизотропией типа «легкая ось», поверхностные спиновые волны могут резонансно взаимодействовать с обратными объемными магнитостатическими волнами.

Глава 3 посвящена исследованию влияния электронов проводимости на распространение дипольно-обменных и магнитоупругих волн в слоистых ферритовых структурах. Экспериментальное и теоретическое исследование распространения ПМСВ в структуре пленка ЖИГ-металлическая пленка конечной проводимости и толщины показало, что закон дисперсии ПМСВ с точностью не хуже 10%  соответствует либо закону дисперсии ПМСВ в свободной пленке ЖИГ, либо в пленке контактирующей с идеальным металлом – рис.5. Показано, что влияние металла на резонансное взаимодействие МСВ с упругими модами проявляется как за счет изменения дисперсии и затухания МСВ, так и за счет вклада электронов в коэффициент связи упругих волн с ПМСВ. В тех случаях, когда электронные потери являются определяющими, коэффициент связи волн приобретает существенно мнимую добавку (), что проявляется в аномальном характере частотной зависимости ослабления МСВ в окрестности резонанса. В приближении идеально проводящего металла рассмотрен механизм «бездиссипативной» фильтрации ПМСВ на участке обратной дисперсии за счет взаимодействия с чисто сдвиговыми модами структуры пленка-подложка. В структурах феррит-полупроводник ЭДС увлечения осциллирует на частотах, отвечающих резонансам МСВ с упругими модами пленка-подложка или модами СВР ферритовой пленки. В условиях сильной спин-электронной связи возможно тунелирование магнитоупругих волн под металлической полоской за счет потери синхронизма мод Лэмба и МСВ под металлом и его обретения на участке пленки за металлом, что проявляется как магнитоупругое «усиление» МСВ – рис.6.

В структуре феррит-ленточный полубесконечный электронный поток теоретически исследован спектр ПМСВ для случая, когда направление потока совпадает с направлением касательного к пленке поля, а ПМСВ распространяются под углом к потоку. Показано,  что в условиях синхронизма возникает пространственно-частотная селекция ПМСВ. Проанализировано  также тепловое влияние потока за счет создания в пленке ЖИГ «тепловой призмы», на которой происходит преломление пучка ПМСВ. Показано, что именно последним механизмом можно объяснить результаты эксперимента по исследованию влияния ленточного электронного потока на распространение ПМСВ.

Глава 4 посвящена исследованию влияния анизотропии и межслойного обмена на распространение МСВ в двухслойных структурах.  Теоретически и экспериментально исследованы МСВ в структуре из двух слоев кубически анизотропного феррита ориентации (111) при намагничивании под углом к нормали структуры. Показано, что спектр МСВ в значительной мере определяется ориентацией кристаллографических осей относительно плоскости намагничивания, образованной нормалью к слоям и внешним полем. Исследован механизм «бездиссипативной»  фильтрации  объемных МСВ, реализующийся, в частности, в структуре, составленной из идентичных пленок феррита, но ориентированных в плоскости структуры так, что их тождественные кристаллографические направления не совпадают. Спектр  ПМСВ, локализованных на интерфейсе структуры с двумя кубически анизотропными слоями, характеризуется следующими особенностями: 1) существуют интервалы частот, отвечающие обусловленным анизотропией объемным МСВ, в которых спектры ПМСВ и ООМСВ оказываются вырожденными; в областях вырождения волны принимают гибридный характер – поверхностные в одном слое и объемные в другом, а спектры волн расталкиваются; 2) условия существования внутренних ПМСВ определяются соотношением скачка одного из параметров структуры и наименьшего из полей анизотропии. Рассмотрены случаи скачка намагниченности и поля анизотропии .

Исследовано влияние обменной связи слоев на распространение дипольных МСВ в двухслойных слоистых ферритовых структурах. Показано, что указанное влияние проявляется в виде эффектов динамического закрепления спинов на межслойной границе и формировании единого для структуры спектра дипольно-обменных волн. При этом на частотах синхронизма дипольных и обменных волн потери дипольных волн растут, а в дисперсии возникают аномальные участки. В случае ПМСВ пики поглощения осциллируют с изменением поля подмагничивания – рис.7, что связано с эффектом «расталкивания» обменных мод слоистой структуры на частотах вырождения спектров СВР пленок. Указанный эффект позволяет оценить параметр межслойного обмена , который для структур, составленных на основе пленок Ga,Sc:ЖИГ,  составил . Показано, что спектр СВР двухслойной структуры существенно определяется соотношением констант (энергий) нормальной одноосной поверхностной анизотропии и обменной связи слоев на межслойной границе: при условии положение частот СВР отвечает простому «объединению» спектров изолированных пленок, при пленки оказываются «связанными» и в формировании спектра участвуют оба слоя одновременно. Для структур с «симметричным» распределением магнитных параметров относительно межпленочной границы в области значений наибольшему изменению подвержены частоты четных мод СВР. При изменения в положении частот оказываются наибольшими, что в случае нормально намагниченной структуры отвечает отсутствию закрепления спинов на межслойной границе (эффективный параметр закрепления спинов ), а в случае касательного намагничивания формально связано как с изменением степени закрепления, так и разворотом оси поверхностной анизотропии. Для структур с «несимметричным» распределением  параметров относительно межслойной границы и демонстрирующих эффект расталкивания мод СВР при изменении магнитного поля рост закрепления поверхностных спинов приводит к

уменьшению расталкивания  - см. рис.7г.

Для двухслойной структуры рассмотрен спектр поверхностных спиновых волн, которые могут поддерживаться поверхностями пленки как за счет намагничивания в «трудном» направлении относительно нормальной одноосной поверхностной анизотропии (), так и антиферромагнитным характером межслойного обмена (). Показано, что число ветвей спектра поверхностных СВ определяется соотношением параметров межслойного обмена и поверхностной анизотропии. Определены условия на параметр обменной связи слоев, при которых межслойная граница поддерживает поверхностные СВ с правой или левой поляризацией, характеризуемые положительной и отрицательной дисперсией, соответственно. Показано, что поверхностные СВ могут находиться в условиях фазового синхронизма и резонансно взаимодействовать как  друг с другом, так и с объемными модами структуры. Для волн, распространяющихся вдоль магнитного поля, симметрия структуры накладывает  правила отбора на взаимодействие волн. Волны, бегущие под углом к касательному магнитному полю, обладают невзаимными свойствами, что проявляется в зависимости вида законов дисперсии поверхностных СВ как от направления нормали к границе, так и от смены направления волны на обратное.

Глава 5 посвящена исследованию трехмагнонных (3М) и четырехмагнонных (4М) процессов параметрического возбуждения спиновых волн при распространении МСВ и МУВ в ферритовых структурах. Экспериментально исследованы нелинейные эффекты при распространении ПМУВ Рэлея в пленках Ga,Sc:ЖИГ. Показано, что с ростом мощности амплитуда А осцилляций прохождения ПАВ (см. рис.2) уменьшается (см. рис.8), а сами осцилляции смещаются в область более низких  магнитных полей из-за нестабильности ПМУВ по отношению к процессам параметрического возбуждения спиновых волн. В случае «высокополевых» осцилляций, отвечающих резонансам ПАВ с модами ООМСВ низших номеров, порог нестабильности определяется 4М процессами и может сопровождаться автомодуляцией сигнала, тогда как для «низкополевых» – 3М процессами. Исследована свертка двух встречных импульсов ПМУВ, сигнал которой принимался микрополосковой антенной и наблюдался в узких (~1Э) интервалах магнитных полей, отвечающих резонансам ПАВ с модами ООМСВ различных номеров. Показано, что возможны вынужденный и резонансный режимы свертки, когда формирующийся сигнал свертки является, соответственно, вынужденными и собственными колебаниями намагниченности. Получен критерий идентификации режима свертки, состоящий в зависимости величины сигнала от интеграла перекрытия полей магнитостатических мод образца с полями сигнала свертки. Исследовано влияние параметрической нестабильности на величину и форму сигнала свертки (рис.8). Показано, что падение эффективности свертки происходит, когда длина неравновесного участка пленки превосходит расстояние пробега импульса ПМУВ до области взаимодействия (перекрытия) волн. В противном случае можно ожидать повышения эффективности свертки.

Исследованы процессы параметрического возбуждения спиновых волн бегущими МСВ в пленках ЖИГ.  Для оценки влияния параметрических спиновых волн (ПСВ) на дисперсию и затухание МСВ, а также для оценки протяженности неравновесного участка , где число спиновых волн заметно превышает равновесный (тепловой) уровень, предложен подход, основанный на реализации метода двух волновых накачек в макете с тремя подвижными  преобразователями.  При этом вносимые на длине неравновесного участка добавки в дисперсию и затухание  , где и - действительная и мнимая части волнового числа МСВ на частоте , рассчитываются по изменениям  АЧХ (дБ) и ФЧХ (рад)  сигнала с помощью соотношений: , . С помощью такого подхода для поверхностных и обратных объемных магнитостатических волн в пленках ЖИГ показано, что в изменение дисперсии и затухания МСВ на участке пленки, подверженном действию СВЧ накачки в виде дополнительной МСВ, основной  вклад вносят процессы 3М и 4М взаимодействия с участием параметрических спиновых волн возбуждаемых накачкой – рис.9б,в. При одинаковых уровнях надкритичности накачки, изменение дисперсии и затухания ПМСВ в условиях 3М взаимодействия оказывается на порядок больше, чем при 4М взаимодействии. В условиях 3М неустойчивости накачки и зондирующей волны, одновременно с дисперсией и затуханием зондирующей волны может существенно меняться распределение ПСВ в фазовом пространстве, что проявляется в зависимости амплитуды сателлитов в спектре выходного сигнала накачки от параметров зондирующего сигнала – рис.9г,д.

При уровнях надкритичности накачки 1-3 дБ в спектре сигнала МСВ, распространяющегося в касательно намагниченной пленке в условиях 3М распадов, обнаружено рождение сателлитов с частотами 10-1000 кГц – рис.10а, которые не связаны с геометрическими размерами пленки или протяженностью неравновесного участка пленки и при надкритичности 7-10 дБ  формируют шумовой спектр вблизи частоты накачки –рис.10а. Показано, что при достаточно большой надкритичности МСВ (на 15-20 дБ выше порога образования сателлитов [13,14]) в пленке происходит рождение шумового сигнала, причем в условиях трехмагнонного распада это обусловлено развитием «кинетической неустойчивости» (КН) [15] в  системе параметрических спиновых волн (рис.10б), а в условиях  4М распада – также может быть связано с развитием динамического хаоса через разрушение двухчастотного квазипериодического движения (рис.11а) и удвоения периода (рис.11б). Показано, что после прохождения через пленку ЖИГ импульсов ПМСВ мощностью на 15-20 дБ выше порога 3М распада, в пленке формируется эхо-импульс, вызванный слиянием параметрических СВ и "отключением" механизма нелинейного затухания в пленке. Условия наблюдения эхо-импульса определяется положением приемного преобразователя относительно неравновесного участка пленки.

Глава 6 посвящена экспериментальному и численному исследованию эффектов самовоздействия МСВ, обусловленных развитием 4М процессов, когда частоты и волновые вектора неравновесных магнонов отвечают условиям , .  Экспериментально исследованы эффекты самовоздействия при распространении импульсов ПМСВ в структуре феррит-диэлектрик-металл (ФДМ). Показано, что для импульсов длительностью меньше времени развития параметрической неустойчивости в пленке ЖИГ (в рассмотренном в работе случае)  на частотах, отвечающих участку аномальной дисперсии времени задержки ПМСВ от частоты и где выполняется критерий Лайтхилла возникновения  модуляционной неустойчивости [16] (участок I на  зависимости , см. вставку (ж) к рис.12), рост мощности приводит к компрессии импульса (рис.12б), тогда как на участках дисперсии, где критерий Лайтхилла не выполняется (участки II на зависимости ), наоборот, наблюдается декомпрессия импульса (рис.12а,г). Для импульсов длительностью   модуляционная неустойчивость на временах  подавляется параметрической –  рис.12г-е.

Показано,  что в отличие от 3М процессов,  при развитии 4М процессов (модуляционной и параметрической неустойчивости)  форма импульса ПМСВ, «вошедшего» в пленку, достаточно близка к форме падающего импульса СВЧ.  Показано, что для импульсов длительностью зависимости пиковой амплитуды выходного импульса от амплитуды входного импульса на участках дисперсии I и II имеют различный характер - см. рис.13.  При этом для солитоноподобных импульсов наблюдается  экстремум в зависимости , который достигается на разных длинах пробега импульса в пленке при достаточно близких значения (видно из сравнения кривых 1 и 2 на рис.12, которые отвечают значениям соответственно  и ).

При одновременном распространении  импульса ПМСВ и  сигнала накачки длительностью наблюдается подавление импульса. Поскольку такое влияние, во-первых,  не имело связи с выбором частот на участках дисперсии I или II, и, во-вторых, наблюдалось при отстройке частот импульса и накачки заметно превышающей ширину центрального лепестка в спектре импульса (), то механизм этого влияния  связан с рассеянием импульса на ПСВ, рождаемых накачкой.  Изменением времени подачи импульсного сигнала относительно импульса накачки, было определено время жизни ПСВ в пленке, которое составило 300-350 нс, чему отвечают значения диссипативного параметра Э.

Численное моделирование эффектов самовоздействия проводилось на основе нелинейного уравнения Шредингера (НУШ) с диссипативным членом.  Поскольку ширина спектра импульса сопоставима  с шириной области частот I в законе дисперсии ПМСВ в ФДМ структуре на рис.12.ж, то для лучшего соответствия с результатами эксперимента в расчетах использовался взвешенный по спектру коэффициент дисперсионного расплывания импульса: , где ,- частоты, отвечающие ширине спектральной функции импульса по уровню .  Показано, что минимальной длительности по уровню солитоноподобный импульс достигает на расстояниях от входной антенны близких к половине дисперсионной длины импульса  , где . Показано, что в линейном режиме указанному расстоянию отвечает минимальная длительность импульса по уровню , которая достигается за счет интерференции главной части импульса и предвестников в ближней (Френелевской) зоне и может составлять до 40% от длительности входного прямоугольного импульса.  Показано, что влияние несолитонной части импульса на распространение солитона МСВ в ферритовых структурах с типичными значениями параметра диссипации может проявляться в виде немонотонной зависимости пиковой мощности выходного импульса от мощности на входе, аналогичной наблюдаемой экспериментально – см. рис.13.а.

На основе численного решения нестационарного нелинейного уравнения Шредингера с диссипативным членом показано, что развитие модуляционной неустойчивости в пленках ЖИГ может приводить к рождению хаотического сигнала через разрушение двухчастотного квазипериодического движения и удвоение периода – см. рис.11. Процесс самомодуляции  амплитудно-модулированных сигналов МСВ может сопровождаться синхронизацией на частотах внешнего воздействия и самомодуляции, биениями на названных частотах, формированием периодической последовательности солитоноподобных импульсов, а также хаотизацией периодической  или синхронизацией стохастической самомодуляции. При выбранной частоте и глубине внешней модуляции характер поведения огибающей МСВ определяется удаленностью точки наблюдения от входной антенны. Самовоздействие волновых пучков дипольных ООМСВ проявляется в виде стационарной самофокусировки и расслоения пучков на систему волноводных каналов, которые в зависимости от вида апертурной функции могут пересекаться или расталкиваться. Одновременное развитие процессов самомодуляции и самофокусировки волнового пучка ООМСВ может приводить к нестационарным эффектам в виде волны модуляции, бегущей по сфокусированному пучку, либо пространственно-временному хаосу в распределении интенсивности МСВ. При распространении 2-D импульсов ООМСВ возможен их распад на изолированные фрагменты,  а также формирование 2-D солитонов.

Глава 7 посвящена обсуждению возможностей практического использования результатов диссертации. Приводится описание конструкций и лабораторных макетов полоснопропускающих фильтров, бездисперсионных линий задержки, феррит-полупроводниковых детекторов, эффективных неотражающих поглотителей. Излагаются способы измерения полей анизотропии ферритовых пленок, затухания и коэффициента дисперсии МСВ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Исследованы свойства эпитаксиальных пленок /ГГГ (111) при степени замещения . Показано, что при намагниченности насыщения Гс и типичных для пленок чистого ЖИГ значениях параметра диссипации Э такие пленки обладают полями одноосной  Э и кубической Э анизотропии, константами магнитострикции и   и характеризуются величиной постоянной неоднородного обмена . Обнаружено, что в таких пленках, по сравнению с пленками чистого ЖИГ той же толщины, скорость обменных волн, отвечающих модам СВР  одинаковых номеров, оказывается в несколько раз выше, что позволяет реализовать резонансное взаимодействие дипольных МСВ и спин-волновых мод пленочного волновода и использовать этот эффект для измерения обменной константы пленок толщиной 20-30 мкм.

2. Изучены радиационные потери МСВ в ферритовых структурах, связанные с излучением  объемных упругих и обменных волн в ферритовых пленках, а также электромагнитных волн в структурах феррит-сегнетоэлектрик. В ферритовых пленках радиационные «обменные» потери дают заметный вклад в диапазоне магнитных полей .  Для «магнонных» кристаллов, образованных вытравливанием несквозных ямок  в пленке ЖИГ,  механизм радиационных потерь определяется характером двумерной латеральной структуры.  «Упругие» радиационные потери в ферритовых  толстых пленках (для которых справедливо приближение полупространства) достигает максимума в области волновых чисел отвечающих магнитоупругому резонансу. Радиационные потери ПМСВ, распространяющейся в структуре ферритовая пленка разделенная воздушным зазором толщиной с полубесконечным сегнетоэлектриком с диэлектрической проницаемостью , на частоте существенно определяются соотношением между двумя «критическими» значениями волнового числа МСВ: и .

3. Исследовано распространение МСВ в пленках  /ГГГ (111) при степени замещения . Обнаружено, что в таких пленках МСВ могут распространяться начиная с частот 10-30 МГц в геометрии ПОМСВ и 80-100 МГц в геометрии ООМСВ и ПМСВ, сохраняя при этом все свойства, присущие МСВ СВЧ диапазона. Впервые экспериментально обнаружены осцилляции прохождения ПАВ Рэлея, обусловленные резонансным взаимодействием с модами ООМСВ различных номеров. Установлено, что в пленках Ga,Sc:ЖИГ с намагниченностью < 300 Гс, обладающих анизотропией «легкая плоскость», могут наблюдаться осцилляции, отвечающие резонансам ПАВ как с низшими, дипольными модами ООМСВ, так и с обменными модами высоких номеров.

Показано, что распространение быстрых МУВ в структуре ЖИГ-ГГГ неоднородной толщины («акустическая линза»)  имеет особенность -  существование в направлении распространения волны точек потери и возврата синхронизма. В области между указанными точками МСВ и УВ распространяются независимо, причем УВ «ускоряется» за счет эффекта формы подложки. Такое независимое распространение приводит к уменьшению ослабления МСВ на частотах МУ резонанса, если потери УВ меньше потерь МСВ.

4. Теоретически исследованы основные особенности спектра МУВ продольно намагниченного ферритового слоя: снятие вырождения частот отсечки поперечных упругих и магнитостатических мод, резонансное взаимодействие между упругими и магнитостатическими модами, а также упругими модами различной поляризации. Установлено, что снятие вырождения частот отсечки достигается за счет взаимодействия ООМСВ и поперечных лэмбовских упругих мод. При этом порядок следования мод ООМСВ нарушается, что приводит к резонансному взаимодействию между модами одинаковой четности. Установлено, что в области спектра, отвечающей быстрым МУВ, ООМСВ наиболее эффективно взаимодействует с поперечными модами Лэмба, тогда как при резонансах с упругими модами низших номеров эффективность взаимодействия ООМСВ со сдвиговыми и лэмбовскими модами одного порядка. Показано, что в условия «сильной» магнитоупругой связи образуется единый магнитоупругий резонанс с участием нескольких упругих мод, при котором происходит трансформация сдвиговых мод  в лэмбовские, поверхностных в объемные и наоборот. Показано, что лэмбовские и сдвиговые  упругие моды могут резонансно взаимодействовать на частотах фазового синхронизма благодаря их связи через магнитную подсистему. Эффективность такого взаимодействия определяется восприимчивостью магнитной подсистемы к внешним возбуждениям и повышается с приближением к магнитоупругим резонансам.

5. В пленках Ga,Sc-ЖИГ с полосовой доменной структурой оказывается возможным наблюдать МСВ, отвечающие трем основным типам колебаний намагниченности полосовой доменной структуры: волнам смещений доменных границ, а также волнам синфазных и противофазных колебаний намагниченности в доменах.

6. Экспериментально и численно исследована трансформация дисперсии и затухания ПМСВ в структуре феррит-металл с ростом толщины металла . Показано, что по мере роста и перехода от свободной пленки к металлизированной, в интервале толщин  , которому отвечает интервал значений параметра спин-электронной связи : , в спектре передачи ПМСВ возникает область частот непропускания сигнала, где волновые числа ПМСВ характеризуются соотношением действительной и мнимой частей характерным для нераспространяющихся волн  ().

7. Показано, что характером и величиной резонансных перестроек в дисперсии и затухании ПМСВ при взаимодействии с упругими модами в структуре металл-феррит-диэлектрик, можно эффективно управлять за счет выбора толщины металлического слоя. Коэффициент связи ПМСВ и УВ в структуре феррит-металл может характеризоваться существенной мнимой частью, что сопровождается «расталкиванием» в законах дисперсии и частотных зависимостях пространственных декрементов, образованием особенностей в дисперсии и затухании. Показано, что  прохождение быстрых МУВ под полоской металла существенно определяется соотношением величин вносимых металлом электронных потерь и параметра перестройки спектра МСВ в области МУ резонанса . При условии , электронные потери приводят к разрушению МУ резонанса, вследствие чего МСВ поглощается металлом, а УВ распространяется независимо и в области за металлом вновь оказывается в условиях резонанса с МСВ. При этом в АЧХ возникают пики пропускания на частотах образования МУВ. 

8. В монолитных структурах феррит-полупроводник МСВ помимо ЭДС увлечения генерируют термо ЭДС, которая обусловлена неоднородным нагревом структуры СВЧ мощностью,  имеет время установления , определяемое временем пробега тепловой волны по толщине структуры, и растет с частотой. ЭДС увлечения в структуре феррит-полупроводник осциллирует в пределах спектра МСВ, имея минимумы на частотах образования дипольно-обменных или быстрых магнитоупругих волн, а электронная составляющая пространственного декремента имеет участки «аномальной дисперсии», где максимум (минимум) смещен относительно этих частот вниз (вверх) на частоту релаксации упругой (обменной) компоненты. Применение методики, основанной на эффекте увлечения электронов в структуре феррит-полупроводник, позволяет с высокой точностью измерять как магнитную, так и электронную составляющие декремента МСВ в структуре.

9. В структуре феррит-электронный поток для ПМСВ, распространяющихся под углом к магнитному полю, возможно резонансное взаимодействие с тремя типами поверхностных электрокинетических волн: быстрой и медленной циклотронными волнами и волной пространственного заряда. В случае слабого «прилипания» электронов к поверхности пленки к неустойчивости приводит резонансное взаимодействие ПМСВ и медленной циклотронной волны, а в случае достаточно сильного «прилипания» – взаимодействие ПМСВ и волны пространственного заряда. Частотная зависимость направления переноса энергии ПМСВ в областях ее резонансного взаимодействия с поверхностными электрокинетическими волнами в структуре феррит-полубесконечный электронный поток, или с замедленными электромагнитными волнами структуры феррит-сегнетоэлектрик, может на несколько порядков превышать аналогичную зависимость в изолированных пленках ЖИГ.

Характер теплового воздействия ленточного электронного потока (ЭП) на распространение ПМСВ в пленках ЖИГ определяется длительностью импульса ЭП, что связано со скоростью диффузии тепла в структуре ЖИГ/ГГГ. При длительности импульсов ЭП >2-3 с структура ЖИГ/ГГГ равномерно прогревается  и зона возбуждения ПМСВ сдвигается «вниз» по частоте с уменьшением амплитуды прошедшего сигнала. Другой режим связан с временем  диффузии тепла по толщине (~0.5 мкм) структуры, что приводит через  ~0.2 с к появлению нагретого участка пленки с четкими границами –«тепловой призмы». Под влиянием преломления ПМСВ на границах «призмы» происходит трансформация АЧХ, наиболее заметная (>20 дБ) для коротковолновой области. При малой длительности импульса ЭП (мкс) распределение температуры нестационарно, и наблюдается непрерывное изменение выходного сигнала.

10. В структуре с двумя кубически анизотропными пленками, намагниченной под углом к нормали, в спектре частот МСВ существует полоса непропускания, обусловленная расталкиванием спектров МСВ с взаимообратным характером дисперсии. Ширина полосы непропускания зависит от взаимной ориентации эквивалентных кристаллографических осей пленок в плоскости структуры. Условия существования внутренних ПМСВ в структуре с двумя кубически анизотропными пленками определяются соотношением “скачка” намагниченности или полей анизотропии и наименьшего из полей анизотропии.

11. В ферритовой структуре  с двумя обменно-связанными слоями потери МСВ на распространение в слое с большим значением эффективного магнитного поля могут иметь максимум на частотах СВР как самого этого слоя, так и контактирующего с ним. Величина возрастания потерь и частотный интервал между максимумами осциллируют при изменении поля подмагничивания из-за расталкивания мод СВР отдельных слоев в области частот вырождения их спектров СВР. Величина такого расталкивания существенно зависит от соотношения констант обменной связи и поверхностной анизотропии на межслойной границе.

12. В касательно намагниченных слоистых структурах с нормальной поверхностной анизотропией типа «легкая ось», поверхностные спиновые волны могут резонансно взаимодействовать как друг с другом, так и с ООМСВ.  Число ветвей спектра поверхностных СВ определяется соотношением параметров межслойного обмена и поверхностной анизотропии. Определены условия на параметр обменной связи слоев, при которых межслойная граница поддерживает поверхностные СВ с правой или левой поляризацией, характеризуемых положительной и отрицательной дисперсией соответственно.

13. Обнаружено, что нестабильность поверхностной магнитоупругой волны к возбуждению параметрических СВ приводит к уменьшению величины резонансных осцилляций прохождения и их сдвигу в область низких полей, а также ограничивает эффективность свертки, когда длина неравновесного участка пленки превосходит расстояние до области взаимодействия встречных импульсов. В условиях резонанса с дипольными модами ООМСВ порог нестабильности определяется четырехмагнонными процессами, тогда как при резонансе с обменными модами в случае пленок Ga,Sc:ЖИГ – трехмагнонными процессами. Разработана методика выделения резонансного режима свертки.

14.Установлено, что при надкритичностях 1-3 дБ над порогом трехмагнонной неустойчивости МСВ в касательно намагниченной пленке в спектре сигнала возникают сателлиты с частотами 10-1000 кГц, не имеющими прямой связи с  длиной неравновесного участка, геометрическими размерами пленки, и которые при надкритичности 7-10 дБ образуют шумовой спектр вблизи несущей частоты. При надкритичности 25-30 дБ  рождается шумовой сигнал  с максимумом вблизи частоты удвоенного «дна» в спектре СВ пленки, который по своим свойствам  аналогичен случаю «кинетической» неустойчивости в системе параметрических СВ. В случае четырехмагнонной неустойчивости возможно рождение шумового сигнала через разрушение двухчастотного квазипериодического движения и удвоения периода.

15. Предложен подход к оценке длины неравновесного участка пленки, а также влияния параметрических СВ на дисперсию и затухание МСВ. Показано, что в изменение дисперсии и затухания ПМСВ на участке пленке, подверженном действию СВЧ накачки в виде дополнительной ПМСВ, основной вклад вносят процессы трехмагнонного и четырехмагнонного взаимодействия с участием параметрических СВ, возбуждаемых накачкой. При одинаковых уровнях надкритичности накачки изменение дисперсии и затухания в условиях трехмагнонного взаимодействия оказывается на порядок больше, чем при четырехмагнонном взаимодействии. В условиях трехмагнонной неустойчивости накачки и зондирующей волны одновременно с дисперсией и затуханием зондирующей волны может существенно меняться распределение параметрических СВ по спектру.

16. К образованию вторичных ПМСВ могут приводить беспороговые трехмагнонные процессы слияния двух параметрических СВ, одна из которых образуется в результате вырожденных по частоте трехмагнонных распадов ПМСВ накачки в пределах одной ветви спектра СВ пленки, другая - в результате невырожденного распада на СВ принадлежащие разным ветвям спектра. Такие вторичные ПМСВ могут быть «усилены» слабым (допороговым) сигналом с частотой, отстоящей от частоты накачки на удвоенную частоту вторичных ПМСВ.

17. Исследованы эффекты самовоздействия при распространении импульсов ПМСВ в структуре феррит-диэлектрик-металл. Изучено влияние взаимодействия солитонной и несолитонной частей импульса и дисперсионных эффектов, связанных с прямоугольной формой входного импульса, на параметры солитоноподобных импульсов. Показано, что для импульсов длительностью большей некоторой критической  поведение огибающей импульса на его срезе определяется параметрической неустойчивостью.

18. На основе проведенных исследований предложены конструкции и изготовлены лабораторные макеты полоснопропускающих фильтров, бездисперсионных линий задержки, феррит-полупроводниковых детекторов, эффективных неотражающих поглотителей, а также предложены способы измерения потерь и коэффициента дисперсии линейных МСВ, подход к оценке длины нелинейности, дисперсии и затухания нелинейных МСВ, способ измерения полей анизотропии ферритовых пленок.

Таким образом, полученные в диссертации результаты в совокупности представляют собой новое крупное достижение и определяют новое направление в физике магнитных явлений – спиновые волны в слоистых структурах на основе слабоанизотропных пленок ферритов гранатов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Луговской А.В., Филимонов Ю.А. Одновременное существование магнитоупругих и обменных осцилляций прохождения волны Дэймона-Эшбаха в слоистой структуре ЖИГ-ГГГ // РЭ, 1984, Т.29, №12, С.2412-2418.
  2. Казаков Г.Т., Филимонов Ю.А. Бездиссипативный механизм фильтрации быстрых магнитоупругих волн в ферритовых структурах // Письма в ЖТФ, 1984, Т.10, №24, С.1482-1486.
  3. Казаков Г.Т., Филимонов Ю.А. Магнитоупругое взаимодействие в тонких ферритовых слоях // В кн.: Лекции по электрон. СВЧ и радиофизике, 6-я зимняя шк.-семинар, Саратов, 1983, Ч.2., С.147-170.
  4. Балашова Е.В., Казаков Г.Т., Филимонов Ю.А. Влияние идеально проводящего металла на резонансное взаимодействие дипольных магнитостатических волн с объемными упругими волнами в слоистой структуре // РЭ, 1985, Т.30, №10,С.1930-1935.
  5. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Исследование эффекта генерации статической ЭДС бегущими поверхностными магнитостатическими волнами в тонкопленочной структуре феррит-полупроводник // РЭ, 1986, Т.31, №2, С.411-413.
  6. Казаков Г.Т., Филимонов Ю.А. Поверхностные магнитостатические волны в феррит-полупроводниковых структурах конечной ширины // РЭ, 1987, Т.32, №5, С.1105-1107.
  7. Дудко Г.М., Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Удвоение периода и хаос при четырехмагнонном распаде бегущих магнитостатических волн // Письма в ЖТФ, 1987, Т.13, №12, С.736-738.
  8. Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Нурджанова С.К., Нам Б.П., Филимонов Ю.А., Хе А.С. Обменные осцилляции ЭДС увлечения в тонкопленочных структурах железо-иттриевый гранат – n-InSb // РЭ, 1988, Т.23, №4, С.801-807.
  9. Казаков Г.Т., Нам Б.П., Марголина Р.Ю., Маряхин А.В., Суров Ю.И., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А., Шеин И.В., Хе А.С. Магнитостатические волны высокочастотного (40 МГц) диапазона в Ga,Sc-замещенных пленках ЖИГ // Письма в ЖТФ, 1988, Т.14, №19, С.1733-1737.
  10. Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Развитие модуляционной неустойчивости магнитостатических волн в пленках ЖИГ // Письма в ЖТФ, 1988, Т.15, №2, С.55-60.
  11. Казаков Г.Т., Филимонов Ю.А. Взаимодействие магнитостатических волн с носителями заряда в слоистых ферритовых структурах // Изв. вузов, Сер. Физика, 1989, Т.32, №1, С.25-29.
  12. Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А., Шеин И.В. Влияние кубической анизотропии на спектр спиновых волн произвольно намагниченной пленки ЖИГ с плоскостью (111) // ЖТФ, 1989, Т.59, №2, С.186-189.
  13. Kazakov G.T., Sukharev A.G., Filimonov Yu.A., Shein I.V. Magnetoelastic interaction in Ga,Sc-substituted YIG films //Poceedings of the II ISWAS’89 and Acoustoelectronics, Varna, 1989, Bulgaria, V.1, P.202-204.
  14. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Филимонов Ю.А., Шеин И.В., Хе А.С. Магнитостатические волны в косонамагниченной структуре с двумя ферритовыми слоями ориентации(111) // РЭ, 1990, Т.35, №5, С.956-965.
  15. Дудко Г.М., Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А., Шеин И.В. Магнитостатические волны в косонамагниченных слоях анизотропного феррита // РЭ, 1990, Т.35, №5, С.966-976.
  16. Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Радиационные потери магнитостатических волн Дэймона-Эшбаха в пленках железоиттриевого граната // ФТТ, 1990, Т.32, №12, С.3571-3578.
  17. Казаков Г.Т., Кац М.Л., Филимонов Ю.А. Пространственно-частотная селекция поверхностных магнитостатических волн в структуре феррит-электронный поток // Письма в ЖТФ, 1991, Т.17, №7, С.65-69.
  18. Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Резонансное взаимодействие магнитостатических волн (МСВ) в пленках Ga,Sc:ЖИГ с полосовой доменной структурой (ПДС)//Тезисы докладов V Всесоюзной школы по спин-волновой электронике СВЧ, Звенигород, 1991, С.83-84.
  19. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Маряхин А.В., Нам Б.П., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А., Хе А.С. Магнитостатические волны в слабо анизотропных Ga,Sc-замещенных пленках железоиттриевого граната // РЭ, 1992, Т.37, №6, С.1086-1095.
  20. Казаков Г.Т., Кац М.Л., Филимонов Ю.А. Резонансное взаимодействие поверхностных магнитостатических волн с электронным потоком // РЭ, 1992, Т.37, №10, С.1898-1905.
  21. Филимонов Ю.А., Шеин И.В. Внутренние магнитостатические волны в структуре с двумя анизотропными ферритовыми слоями // ЖТФ, 1992, Т.62, №1, С.187-196.
  22. Казаков Г.Т.. Кац М.Л., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Тепловое воздействие ленточного электронного потока на распространение поверхностных магнитостатических волн в пленках железоиттриевого граната // ЖТФ, 1992, Т.62, №11, С.115-126.
  23. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Маряхин А.В., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А., Хе А.С. Обменная жесткость и постоянная неоднородного обмена в пленках Ga,Sc-замещенных ЖИГ // ФТТ, 1992, Т.34, №5, С.1376-1383.
  24. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Маряхин А.В., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А., Хе А.С. Резонансное взаимодействие магнитостатических и обменных волн в структуре с двумя обменно-связанными пленками // Письма в ЖТФ, 1993, Т.19, №11, С.65-69.
  25. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Кац М.Л., Филимонов Ю.А. Влияние закрепления поверхностных спинов на спектр спин-волнового резонанса структуры с двумя обменно-связанными пленками // ФТТ, 1993, Т.35, №5, С.1191-1200.
  26. Vysotsky S.L., Kazakov G.T., Nam B.P., Filimonov Yu.A., He A.S. Evidence of the exchange coupling effect in the spin-wave spectrum of the structure with two different magnetic layers // JMMM, 1994, V.131, P.235-241.
  27. Веселов А.Г., Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Поверхностные магнитостатические волны в металлизированных пленках ЖИГ // РЭ, 1994, Т.39, №12, С.2067-2074.
  28. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Стимуляция трехмагнонного распада магнитостатических волн дополнительной локальной накачкой//Письма в ЖТФ, 1995, Т.21, С.47-52.
  29. Высоцкий С.Л.,  Казаков Г.Т.,  Маряхин А.В., Филимонов Ю.А., Хе А.С. Влияние динамического закрепления спинов на межслойной границе на распространение поверхностных магнитостатических волн в многослойной ферритовой структуре // Письма в ЖЭТФ, 1995, Т.61, №8, С.693-698.
  30. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Маряхин А.В., Филимонов Ю.А., Хе А.С. Поверхностные магнитостатические волны в обменно-связанных ферритовых пленках //ФТТ, 1996, Т.38, №2, С.407-418.
  31. Kozhevnikov A.V., Nikitov S.A., Filimonov Yu.A. Dispersion and losses of non-linear magnetostatic waves in YIG films // J. de Physique, 1997, V.7, P.401-402 .
  32. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Четырехмагнонный распад поверхностных магнитостатических волн в пленках ЖИГ // ФТТ, 1997, Т.39, №2, С.330-338.
  33. Веселов А.А., Никитов Д.С., Филимонов Ю.А. Поверхностные спиновые волны в ферромагнитных пленках // РЭ, 1997, Т.42, №9, С.1097-1104.
  34. Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Самофокусировка ограниченных пучков обратных объемных магнитостатических волн в ферромагнитных пленках (численный эксперимент) // Изв. вузов сер. Прикладная нелинейная динамика, 1997, Т.5, №6, с.29-40.
  35. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Маряхин А.В., Филимонов Ю.А. Объемные магнитостатические волны в обменно-связанных ферритовых пленках//ЖТФ, 1998, Т.61, №8, С.97-110.
  36. Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Численное исследование явлений самовоздействия ограниченных пучков обратных объемных магнитостатических волн в ферромагнитных пленках // Изв. вузов сер. Прикладная нелинейная динамика, 1999, Т.7, №2-3, С.17-28.
  37. Веселов А.А., Высоцкий С.Л., Никитов Д.С., Филимонов Ю.А. Поверхностные спиновые волны в двухслойных ферромагнитных пленках // РЭ, 1999, Т.44, №7, С.851-858.
  38. Веселов А.Г., Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Поверхностные магнитоупругие волны в пленках Ga,Sc-замещенного железоиттриевого граната // РЭ, 1999, Т.44, №3, С.366-370.
  39. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Влияние параметрически возбужденных спиновых волн на дисперсию и затухание поверхностных магнитостатических волн в ферритовых пленках // ЖЭТФ, 1999, Т.115, №1, С.318-332.
  40. S.A.Nikitov, Yu.V.Gulyaev, Yu.A.Filimonov. Non-linear microwave and magnetooptical properties of ferrite films.//Nano-Crystalline and Thin Film Magnetic Oxides.  I.Nedkov and M.Ausloos (eds.), Kluwer Academic Publishers, 1999, pp.79-92.
  41. Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Резонансное взаимодействие обратных объемных магнитостатических волн с объемными упругими волнами в ферромагнитных пластинах // РЭ, 2000, 45, №6, 742-748.
  42. Анфиногенов В.Б., Высоцкий С.Л., Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е., Казаков Г.Т., Луговской А.В., Маряхин А.В., Медников А.М., Нам Б.П., Никитов С.А., Огрин Ю.Ф., Ползикова Н.И., Раевский А.О., Сухарев А.Г., Темирязев А.Г., Тихомирова М.П., Тихонов В.В., Филимонов Ю.А., Хе А.С. Устройства на основе спиновых волн для обработки радиосигналов в диапазоне частот 50 МГц…20 ГГц // Радиотехника, 2000, №8, С.6-14.
  43. Галишников А.А., Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Влияние внешнего периодического воздействия на режим самомодуляции магнитостатических волн // Изв. вузов сер. Прикладная нелинейная динамика, 2001,Т.9, № 4-5, С.95-106.
  44. Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Волновые пучки ООМСВ при одновременном развитии процессов самомодуляции и самофокусировки // Изв. вузов сер. Прикладная нелинейная динамика, 2001, Т.9, № 4-5, С.107-118.
  45. Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Резонансное взаимодействие лэмбовских и сдвиговых упругих волн в ферромагнитной пластине // РЭ, 2001, Т.46, №10, С.1272-1276.
  46. Filimonov Yu.A., Marcelli R., Nikitov S.A. Non-linear magnetostatic surface waves pulse propagation in ferrite-dielectric-metal structure // IEEE Trans. on Magn. 2002, September, V.38, №5, pp.3105-3107.
  47. Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Самовоздействие 2D-импульсов обратных объемных магнитостатических волн при распространении в ферромагнитных пленках // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика, 2002, Т.10, №6, С.81-101.
  48. Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Магнитоупругие волны в касательно намагниченной ферромагнитной пластине // ЖТФ, 2002, 72, №1, С.40-50.
  49. Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Взаимодействие поверхностной магнитостатической и объемных упругих волн в металлизированной структуре ферромагнетик-диэлектрик // РЭ, 2002, 47, №8, С.1002-1007.
  50. T.Koike, R. Marcelli, Y.Filimonov, S.A.Nikitov, G.Bartolucci. Nonlinear signal processing by means surface magnetostatic waves: Solitons in metallized structures. European Microwave week 2002, Proceedings of the European Microwave Conference (EUMC 2002), pp.25-28, Milan, 2002.
  51. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Животовский Л.В., Климов А.А., Цай Ч., Тайед Ф., Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А. Ферромагнитные пленки с периодическими структурами с магнонной запрещенной зоной - магнонные кристаллы // Письма в ЖЭТФ, 2003, Т.77, вып.10, С.670-674.
  52. Dudko G.M., Filimonov Yu.A., Galishnikov A.A., Marcelli R., Nikitov S.A. Numerical modelling of magnetostatic surface waves pulse propagation in ferrite-dielectric-metal structure // JMMM, 2004, V.272-275, Part 2, pp.999-1000.
  53. Kazakov G.T., Kotelyanskii I.M., Maraychin A.V., Filimonov Yu.A., Khivintsev Yu.V. Nonlinear properties of magnetoelastic Rayleigh waves in ferrite films // JMMM, 2004, V.272-275, Part 2, pp.1009-1010.
  54. Галишников А.А., Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Численное моделирование распространения импульсов поверхностных магнитостатических волн в структуре феррит-диэлектрик-металл // РЭ, 2004, Т.40, №2, С.228-234.
  55. Казаков Г.Т.,  Котелянский И.М., Маряхин А.В., Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Осцилляции прохождения поверхностных волн Рэлея через пленку Ga,Sc-замещенного железоиттриевого граната // РЭ, 2004, Т.49, №5, с.568-576.
  56. Казаков Г.Т.,  Котелянский И.М., Маряхин А.В., Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Свертка поверхностных магнитоупругих волн в пленках Ga,Sc-замещенного железоиттриевого граната // РЭ, 2005, Т.50, №1 , С.62-73.
  57. Г.Т. Казаков,  А.В. Кожевников,  Ю.А. Филимонов. Взаимодействие запорогового и слабого сигналов СВЧ при прохождении через шумоподавитель на ферритовой пленке //РЭ, 2006  Т.51, №4, С.440-445.
  58. Галишников А.А., Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Численное моделирование установления солитонного режима распространения импульсов магнитостатических волн // Изв. вузов, Прикладная нелинейная динамика, 2005, Т. 13, №5-6, С.113-122.
  59. Галишников А.А., Кожевников А.В., Марчелли Р., Никитов С.А., Филимонов Ю.А. Распространение прямоугольных импульсов магнитостатических волн в пленках железоиттриевого граната // ЖТФ , 2006, Т.76, вып.5, С.62-70.
  60. Высоцкий С.Л., Никитов С.А., Филимонов Ю.А. Магнитостатические спиновые волны в двумерных периодических структурах –магнито-фотонных кристаллах.//ЖЭТФ, 2005, Т.128, Вып.3(9), С.636-644.
  61. Галишников А.А., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Компрессия прямоугольных импульсов в линейной диспергирующей среде // Изв. вузов, Прикладная нелинейная динамика , 2005, Т.13, №1-2, с.63-78.
  62. Marcelli R., Nikitov S.A., Filimonov Yu.A., Galishnikov A.A., Kozhevnikov A.V., Dudko G.M. “Magnetostatic surface wave bright solitons propagation in ferrite-dielectric-metal structure”//IEEE Trans. On Magn., 2006, Vol. 42, No7, p.1785-1801;
  63. Галишников А.А., Дудко Г.М., Кожевников А.В., Марчелли Р., Никитов С.А., Филимонов Ю.А. Эффекты самовоздействия при распространении импульсов поверхностных магнитостатических волн в структуре феррит-диэлектрик-металл//Прикладная нелинейная динамика, 2006, Т.14, №3, С.3-33.
  64. Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Никитов С.А., Романов А.В., Филимонов Ю.А. Бездисперсионная линия задержки на магнитостатических волнах.// Письма в ЖТФ, 2006, Т.32, вып.15, C. 45-50.
  65. А.с. №1378587 СССР Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Новиков Г.М., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Способ измерения затухания магнитостатических волн / Опубл. БИ 1989, №38.
  66. А.с. №1364995 СССР Высоцкий С.Л., Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Устройство для детектирования СВЧ сигналов / Опубл. БИ 1988, №1. 
  67. А.с. №1482491 Дудко Г.М., Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Бездисперсионная регулируемая линия задержки.
  68. А.с. №163523 Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Полосно-пропускающий фильтр.
  69. А.с. пол. Ерш. №4837139/21 Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Способ определения полей анизотропии эпитаксиальной ферритовой пленки / от 11.06.90
  70. А.с. №1803947 Веселов А.Г., Высоцкий С.Л., Елманов В.И., Иванов С.Н., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Многоканальный полосно-пропускающий фильтр.

Цитируемая литература.

[1] W. Shilz. Spin-wave propagation in epitaxial YIG films.//Philips Res. Repts. 1973, V.28, P.50-65.

[2] Анфиногенов В.Б., Зильберман П.Е., Казаков Г.Т., Митлина Л.А., Сидоров А.А., Тихонов В.В. Наблюдение распространения МСВ в пленке феррошпинели.//Письма в ЖТФ, 1986, Т.12, В.16, С.995-999.

[3] Огрин Ю.Ф. Гибридные электромагнитно-спиновые, дипольно-обменные и магнитоупругие волны в слоистых структурах феррит-диэлектрик: Дисс. на соискание уч. степени д.ф.-м.н., Москва, 1990, 256 С.

[4] Саланский Н.М., Ерухимов М.Ш. Физические свойства и применение тонких магнитных пленок. Новосибирск, Наука 1975, 220 С.

[5] Зубков В.И. Магнитостатические волны в многослойных структурах: Дисс. на соискание уч. степ. д.ф.-м.н., Москва, 1986, 276 С.

[6] Вашковский А.В., Зубков В.И., Кильдишев В.Н., Мансветова Е.Г., Темиров Ю.Ш. Исследование постоянной электродвижущей силы в монолитной слоистой структуре феррит-полупроводник.//ФТТ, 1975, Т.17, №11, С.3395-3398.

[7] Гуляев Ю.В., Огрин Ю.Ф., Ползикова Н.И., Раевский А.О.//Наблюдение поглощения объемных спиновых волн в структуре магнетик-сверхпроводник.//ФТТ, 1997, Т.39, №9, С.1628-1630.

[8] Анфиногенов В.Б., Вербицкая Т.Н., Зильберман П.Е., Казаков Г.Т., Тихонов В.В. Распространение МСВ в структуре феррит-сегнетоэлектрик.// Письма в ЖТФ, 1986, Т.12, Вып.8, С.454-457.

[9] Bonjianni W.L. Magnetostatic propagation in a dielectric layered structure.//J.Appl. Phys., 1972, V.43, No6, P.2541-2548.

[10] Калиникос Б.А. Дипольно-обменные спиновые волны в ферромагнитных пленках.: Дисс. на соискание уч. степени д.ф.-м.н., Ленинград. 1985, 411 С.

[11] Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е. Магнитоупругие волны в пластинах и пленках ферромагнетиков.//Изв. вузов. Физика, 1988, Т.31, №11, С.6-23.

[12] Никитов В.А., Никитов С.А. Исследования и разработки устройств на магнитостатических спиновых волнах.//Зарубежная радиоэлектроника.1981, №12, С.41-52.

[13] Медников А.М. Нелинейные эффекты при распространении поверхностных спиновых волн в пленках ЖИГ.//ФТТ, 1981, Т.23, №1,  С.242-245.

[14] Темирязев А.Г. Механизм преобразования частоты поверхностной магнитостатической волны (ПМСВ) в условиях трехмагнонного распада.//ФТТ, 1987, Т.29, №2, С.313-319.

[15] Львов В.С. Нелинейные спиновые волны: М. Наука, 1987, 272 С.

[16] Боардман А.Д., Никитов С.А. К теории нелинейных поверхностных магнитостатических волн.//ФТТ, 1989, Т.31, №6, С.281-282.

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.