Нелинейные колебания и волны в ферромагнитных пленках и структурах на их основе

• Автор: Устинов, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 361 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ, МАГНОННЫХ КРИСТАЛЛАХ И СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ ФЕРРИТОВ, СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ И ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКОВ (обзор)

1.1. Спиновые волны в тонких ферромагнитных пленках

1.2. Нелинейные спин-волновые процессы в ферромагнитных пленках

1.3. Метод огибающих. Нелинейное уравнение Шредингера

1.4. Магнонные кристаллы на основе ферромагнитных пленок

1.5. Сверхвысокочастотные колебательные и волновые процессы в слоистых структурах на основе ферритов, сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков
1.6. Сверхвысокочастотные приборы на основе ферритовых пленок и мультиферроидных структур
1.7. АЧХ и ФЧХ спин-волновых фазовращателей
Выводы по главе
ГЛАВА 2.
СТАБИЛЬНЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ ВОЛНОВЫЕ И КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ
2.1. Нелинейное затухание интенсивных спиновых волн
2.2. Нелинейный фазовый набег интенсивных спиновых волн
2.3. Теоретическое и экспериментальное исследование стабильных нелинейных спин-волновых процессов
2.4. Нелинейный сдвиг частоты колебаний намагниченности пленочного ферромагнитного резонатора в условиях их нелинейного затухания
2.5. Сверхвысокочастотные устройства на основе интенсивных спиновых колебаний и волн
2.5.1. Нелинейный фазовращатель

2.5.2. Нелинейный интерферометр
2.5.3. Нелинейный направленный ответвитель
2.5.4. Нелинейный логический элемент
2.5.5. Фильтр-ограничитель СВЧ сигналов
Выводы по главе
ГЛАВА 3.
РЕЗОНАНСНЫЕ СВОЙСТВА СПИН-ВОЛНОВЫХ АКТИВНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНОК
3.1. Теоретическая модель кольцевой резонансной системы
3.2. Исследование резонансных свойств спин-волнового активного кольцевого резонатора
3.3. Исследование оптимальной фильтрации СВЧ-сигнала
многополосным активным кольцевым резонатором
Выводы по главе
ГЛАВА 4.
СПИН-ВОЛНОВЫЕ СОЛИТОНЫ И ХАОС
В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ И В КОЛЬЦЕВЫХ РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМАХ НА ИХ ОСНОВЕ
4.1. Хаотическая динамика спин-волновых солитонов в
ферромагнитных пленках
4.2. Автогенерация многосолитонных мод активного кольцевого резонатора на основе наклонно намагниченной ферромагнитной пленки
4.3. Автогенерация хаотического СВЧ-сигнала в активных кольцевых резонаторах в условиях четырехволнового параметрического взаимодействия спиновых волн
4.3.1. Случай обратных объемных спиновых волн
4.3.2. Случай поверхностных спиновых волн
Выводы по главе

ГЛАВА 5.
НЕЛИНЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПИНОВЫХ ВОЛН В МАГНИТНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ - МАГНОННЫХ КРИСТАЛЛАХ
5.1. Особенности линейного распространения спиновых волн в магнонных кристаллах конечной длины с учетом магнитной диссипации
5.2. Стабильные нелинейные процессы при распространении интенсивных спиновых волн в магнонных кристаллах
5.3. Образование солитонов огибающей при распространении нелинейных спин-волновых пакетов в магнонных кристаллах
5.4. Формирование солитонов огибающей в магнонных кристаллах методом непрерывного двухчастотного возбуждения
5.4.1. Случай поверхностных спиновых волн
5.4.2. Случай обратных объемных спиновых волн
Выводы по главе
ГЛАВА 6.
НЕЛИНЕЙНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-СПИНОВЫХ КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН В ФЕРРИТ-СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ
6.1. Спектр электромагнитно-спиновых колебаний в резонаторах
6.2. Добротность и электрическое управление частотами электромагнитно-спиновых колебаний
6.3. Быстродействие феррит-сегнетоэлектрических резонаторов
6.4. Нелинейный сдвиг спектра электромагнитно-спиновых колебаний
6.5. Стабильные нелинейные процессы, возникающие при распространении интенсивных электромагнитно-спиновых волн
6.6. Модуляционная неустойчивость электромагнитно-спиновых волн в феррит-сегнетоэлектрических слоистых структурах
6.6.1. Собственная модуляционная неустойчивость
электромагнитно-спиновых волн
6.6.2. Индуцированная модуляционная неустойчивость электромагнитно-спиновых волн

Нелинейное уравнение Шредингера (1.24) учитывает только линейное затухание спиновых волн. Поэтому одной из задач диссертации являлось обобщение имеющейся теории для случая нелинейного затухания спиновых волн. Ниже приведем известные формулы для расчета к N СВ, которые
будут использованы в диссертации.
Групповые скорости спиновых волн не трудно рассчитать на основе законов дисперсии (1.2), (1.3) и (1.5). Имеем
у _ а>носомо Э^оо (125)
2со0 Э к
для прямых объемных спиновых волн,
= _СОМОСОМО дР00 (1 26)
2а>0 дк
для обратных объемных спиновых волн и
у _ ' ехр(-2£0Г) ^

для поверхностных спиновых волн.
Вычисление нелинейных коэффициентов дает следующие выражения. Как уже отмечалось, в нормально намагниченной пленке от амплитуды спиновой волны зависят как постоянная составляющая намагниченности, так и внутреннее магнитное поле, поэтому закон дисперсии прямых объемных СВ необходимо
продифференцировать по Iи2 учитывая обе зависимости:
да){юни2ам[и2))
Э со дсо н да) да)м
— + Чг = О).
/ да) да) Л
= 0),

Э|м|2 да)н Э|«|2 до)м Э|м|2 М°
2 а)н + Зц0 (а)м — сон)
да)н дй)м у
(1.28)

2 2 О) - О) ,
Из закона дисперсии прямых объемных СВ (1.2) ^00 - Я . Подставив это
о)на)м
выражение в (1.28), после преобразований получим формулу для нелинейного коэффициента прямых объемных СВ: