Нелинейные магнитостатические волны в связанных ферромагнитных структурах

• Автор: Малюгина, Мария Александровна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ГЛАВА I. НЕЛИНЕЙНЫЕ ВОЛНЫ В ОДИНОЧНЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЁНКАХ (АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ)
1.1. Нелинейное уравнение для огибающей магнитостатических волн
1.1.1. Модель и основные соотношения
1.1.2. Нормально намагниченная плёнка
1.1.3. Касательно намагниченная плёнка
1.2. Основные нелинейные эффекты, условие модуляционной неустойчивости, характерные оценки
1.3. Результаты численного моделирования
1.3.1. Импульсный сигнал
1.3.2. Непрерывный сигнал
1.4. Результаты экспериментальных исследований (краткий обзор)
1.5. Выводы
ГЛАВА II. НЕЛИНЕЙНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН В НОРМАЛЬНО НАМАГНИЧЕННЫХ СВЯЗАННЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СТРУКТУРАХ
2.1. Объёмные МСВ в нормально намагниченной структуре
2.1.1. Анализируемая структура, основные соотношения и дисперсионные
характеристики
2.1.2. Получение нелинейных уравнений “методом возмущений”
2.1.3. Получение нелинейных уравнений “методом огибающих”
2.1.4. Зависимость коэффициентов уравнений от величины связи
2.2. Учет обменного взаимодействия для объёмных МСВ в нормально
намагниченной структуре
2.2.1. Основные соотношения и дисперсионные характеристики волн
2.2.2. Анализ зависимости коэффициентов уравнений от величины связи в случае учёта обменного взаимодействия
23. Выводы

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ПРЯМЫХ ОБЪЁМНЫХ МСВ В НОРМАЛЬНО НАМАГНИЧЕННЫХ СВЯЗАННЫХ СТРУКТУРАХ
3.1. Импульсное возбуждение, формирование уединённых волн
3.1.1. Исследование динамики поведения импульсов в движущейся системе координат
3.1.2. Исследование динамики поведения импульсов в неподвижной системе координат
3.1.3. Моделирование распространения импульсов при различных способах возбуждения связанной системы
3.2. Возбуждение системы непрерывным сигналом
3.2.1. Самомодуляция дипольно-обменных ПОМСВ
3.2.2. Динамика развития модуляционной неустойчивости в связанных структурах
3.3. Выводы
ГЛАВА IV. ПОВЕРХНОСТНЫЕ МСВ В КАСАТЕЛЬНО НАМАГНИЧЕННЫХ СВЯЗАННЫХ СТРУКТУРАХ
4.1. Нелинейные уравнения для огибающей ПМСВ в касательно намагниченной структуре
4.1.1. Основные предположения и дисперсионные соотношения
4.1.2. Получение нелинейных уравнений “методом огибающих”
4.1.3. Зависимость коэффициентов нелинейных уравнений для ПМСВ от величины связи
4.2. Исследование на модуляционную неустойчивость МСВ в связанной структуре
4.3. Модуляционная неустойчивость ПМСВ при возбуждении одной нормальной моды
4.3.1. Условия модуляционной неустойчивости
4.3.2. Расчёт параметров структуры, при которых возможна модуляционная неустойчивость ПМСВ
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Магнитостатические волны (МСВ) в магнитоупорядоченных структурах занимают существенное место среди огромного многообразия разного рода волн, таких как электромагнитные волны, волны в намагниченной плазме и плазме твердого тела, акустические волны и др., которые могут существовать в конденсированных и гиротропных средах. Изучение колебательных и волновых процессов в ферромагнетиках имеет уже богатую историю и является в настоящее время одним из фундаментальных разделов радиофизики (см. монографии [1-4] и библиографию в них).
В твердых телах могут распространяться волны различных типов — электромагнитные (быстрые), акустические (медленные) и спиновые (очень медленные) волны [5]. Спиновые волны (диапазон существования от единиц до сотен ГГц), представляющие собой распространение возмущений прецессии магнитных моментов атомов в узлах кристаллических решёток в магнитоупорядоченных структурах [1]', условно можно разделить на дипольные спиновые и обменные спиновые. При больших значениях волнового числа к влияние обменного взаимодействия существенно и в ферромагнетиках возбуждаются обменные спиновые волны. При малых значениях волнового числа обменное взаимодействие не играет существенной роли в формировании спектра спиновых волн, такие волны называются дипольными спиновыми волнами или магнитостатическим волнами [2-4]3.
Широкое использование магнитостатических волн стало возможным в связи с получением высококачественных магнитных плёнок, в частности плёнок железо-иприевого граната (ЖИГ), с толщинами в широком интервале (порядка 0.2-100 мкм), с большими размерами в плоскости (до 7-8 см), обладающих малыми магнитными и диэлектрическими потерями. Магнитостатические волны в пленках ЖИГ легче всего возбуждаются на частотах СВЧ диапазона (0.2-40 ГГц) [2-4]. МСВ обладают рядом
1 Далее речь будет идти исключительно о ферромагнетиках - магнитоупорядоченных веществах, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего магнитного поля упорядочены так, что средний магнитный момент единицы объема отличен от нуля.
2 Спиновые магнитостатические волны или просто магнитостатические волны - это медленные электромагнитные волны (волны прецессии намагниченности), с такой длиной волны, когда основную роль в процессе их распространения играет дилоль-дипольное взаимодействие, и для которых справедливо магнитостатическое приближение (2л/А»си/с, £~10-103 см'1). Тонкая пластина или плёнка ферромагнетика -это волновод для магнитостатических волн.

ГЛАВА II. НЕЛИНЕЙНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН В НОРМАЛЬНО НАМАГНИЧЕННЫХ СВЯЗАННЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СТРУКТУРАХ
Как уже отмечалось во введении, основной особенностью распространения волн в связанных структурах является одновременное (на одной частоте) возбуждение в системе двух магнитостатических мод - быстрой и медленной волн [3,95]. Для медленной моды ВЧ потенциалы и поля в связанных линиях имеют разные знаки и такую моду называют антисимметричной, для быстрой моды потенциалы и поля - одного знака (симметричная мода) [3,97].
В данной главе приведён вывод нелинейных волновых уравнений, основанный на использовании двух стандартных методов получения волновых уравнений: “метода огибающих” на основе дисперсионных соотношений для МСВ в связанных структурах и “метода возмущений” с использованием непосредственно уравнений среды и уравнения для магнитостатического потенциала.
В зависимости от величины связи в структуре рассчитываются коэффициенты нелинейных уравнений для двух случаев. Первый связан с тем, что при распространении волны основную роль играет дипольное взаимодействие магнитных моментов атомов, т.е. возмущения являются длинноволновыми (выполняется условие (1.4)). Второй обусловлен тем, что в формировании спектра МСВ наравне с дипольным взаимодействием существенную роль играет обменное взаимодействие, причём этот случай имеет место в очень тонких плёнках.
1.6 Объёмные МСВ в нормально намагниченной структуре
1.6.1 Анализируемая структура, основные соотношения и дисперсионные
характеристики
Анализируемая структура, показанная на рис. 2.1, представляет собой два тонких ферромагнитных слоя 1 и 2 толщиной £>, и £>2 с намагниченностью насыщения М0) ,
соответственно, разделенных диэлектрическим промежутком толщины с1 (слой 5). С внешней стороны ферромагнитные слои 1 и 2 нагружены на диэлектрические среды