Нелинейные магнитостатические волны в слоистых ферромагнитных структурах и магнонных кристаллах

• Автор: Шешукова, Светлана Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ САМОВОЗДЕЙСТВИЯ В ДВУХСЛОЙНОЙ

СТРУКТУРЕ НА ОСНОВЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНОК

1Л Анализ состояния исследований нелинейных явлений на магнитостатических волнах в слоистых ферромагнитных структурах

1.2 Модель структуры и система нелинейных уравнений Шредингера

1.3 Численное исследование нелинейных эффектов на основе НУШ при возбуждении одной нормальной моды

1.3 Л Одноволновое приближение

1.3.2 Влияние связи на эффекты, обусловленные развитием модуляционной неустойчивости МСВ

1.4 Эффекты самовоздействия, полученные при численном решении системы НУШ

с некогерентной связью

1.5 Эффекты самовоздействия, полученные при численном решении системы НУШ с когерентной связью
1.6 Выводы
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ СОЛИТОНОВ В ОДНОМЕРНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ФЕРРОМАГНИТНОЙ СТРУКТУРЕ - МАГНОННОМ КРИСТАЛЛЕ
2.1 Периодические и квазипериодические структуры на основе ферромагнитных пленок
2.2 Магнитостатические волны в одномерной периодической структуре
2.3 Построение модели для описания нелинейных явлений в магнонном кристалле на основе связанных НУШ
2.3.1 Модель структуры и основные нелинейные уравнения (уравнения для прямой и встречной волн)
2.3.2 Вывод коэффициента связи
2.4 Механизмы формирования брэгговских солитонов при различных параметрах структуры
2.5 Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ СВЧ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ МАГНОННЫХ КРИСТАЛЛОВ
3.1 Экспериментальное исследование линейных характеристик магнонных кристаллов

3.2 Экспериментальное исследование прохождения СВЧ импульсов при различных уровнях входной мощности
3.3 Численное моделирование прохождения импульса через ограниченную ферромагнитную структуру
3.4 Генерация хаотических автосолитонов в активном кольцевом резонаторе
3.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации.
Одним из перспективных направлений развития современной радиофизики является исследование радиоволн в композитных магнитных структурах для создания нового поколения функциональных устройств в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) [1,2]. В таких структурах возможно распространение медленных магнитостатических волн (МСВ), которые обладают существенными преимуществами перед другими типами волн в кристаллических структурах [3-6].
Магнитостатические спиновые волны возникают как волны макроскопического магнитного момента ферромагнетика. Длина их волны зависит от частоты возбуждающего внешнего поля, геометрии структуры, в которой распространяется волна, внешнего магнитного поля и свойств ферромагнитного материала. МСВ легко возбуждаются практически во всём диапазоне сверхвысоких частот (1-60 ГГц), обладают большим замедлением, существует возможность управления дисперсионными характеристиками этих волн с помощью внешних нагрузок и магнитного поля, нелинейные явления наблюдаются при сравнительно небольших уровнях мощности. В СВЧ-диапазоне для структур, содержащих магнитные слои толщиной в несколько микрометров, длина магнитостатической волны

лежит в пределах от 100 до 1000 мкм, при этом её групповая скорость составляет 10-10 см/с и таким образом можно добиться задержки возбуждающего сигнала на время порядка микросекунд. Последнее является чрезвычайно важным, т.к. современная аппаратура позволяет за такие времена проводить любую желаемую обработку сигнала. С помощью линий передачи на МСВ можно реализовать практически все основные операции, используемые для функциональной обработки сигналов: управляемую задержку, фильтрацию, преобразование спектра, ограничение мощности, подавление побочных сигналов и шумов и т.д. [1,4-6].
В последние годы активно исследуются сверхвысокочастотные свойства многослойных, а также периодических структур, изготовленных на основе ферромагнитных пленок [1,2,6-15]. Интерес к этим структурам обусловлен, прежде всего, существенным прогрессом в технологии выращивания пленочных магнитных материалов с заданными параметрами, развитием новых подходов в создании композитных материалов, а также кристаллов, подобных фотонным [16], на основе магнитных материалов - магнонных кристаллов [11-13].
Необходимо отметить, что в настоящее время широкие исследования в отношении волноведующих структур с периодическими неоднородностями связаны, в основном, с

На рис. 1.3.10 показано, как меняется частота автомодуляции для быстрой и медленной волны /д при изменении расстояния между пленками при постоянной амплитуде
входного сигнала (р = 0.35.
!", МГц
Рис. 1.3.10. Зависимость частоты автомодуляции быстрой и медленной волны от параметра связи при фиксированной амплитуде.
Из представленных выше результатов видно, что порог и частота автомодуляции зависят не только от величины связи с1, но и от способа возбуждения структуры. Следовательно, при разных способах возбуждения системы при постоянном уровне входного сигнала и при изменении величины связи возможны различные сценарии развития модуляционной неустойчивости.
В случае возбуждения ферромагнитной структуры импульсным сигналом развитие МН может привести к образованию солитонов огибающей. Пороговые значения амплитуд для быстрой и медленной волн в системе (рсбм, соответствующие образованию солитонов, можно оценить по формуле [103]:
и I *4.»
г й„“1 2V2 Т2 В ’ где А6 м, У6 и, В6 я - коэффициенты НУШ, зависящие от величины связи К.
Зависимости пороговых значений амплитуд быстрой и медленной волн от коэффициента связи для чисто дипольных ПОМСВ приведены на рис. 1.3.11, на нем можно выделить четыре характерные области поведения <рсб м.