Влияние параметров многослойных пленок на спектры спин-волнового резонанса

• Автор: Бакулин, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

§ 1Л Явление ферромагнитного резонанса

§ 1.2 Спиновые волны

§ 1.3 Возбуждение спин-волнового резонанса в тонких ферромагнитных

пленках

§ 1.4 Спин-волновой резонанс в многослойных пленках

ГЛАВА II. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

§ 2.1 Пленки ферритов-гранатов. Структура и физические свойства

§ 2.2 Получение многослойных эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов.

Измерение основных параметров пленок. Химическое травление
§ 2.3 Проведение температурных и угловых измерений
§ 2.4 Радиоспектрометр магнитного резонанса. Регистрация и измерение
параметров спектров спин-волнового резонанса
ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЕНОК НА
СПЕКТРЫ СПИН-ВОЛНОВОГО РЕЗОНАНСА
§ 3.1 Расчет спектров СВР при динамическом и смешанном механизмах
закрепления спинов
§ 3.2 Спектры СВР в двухслойных пленках с сильно различающимися
значениями полей однородного резонанса в слоях
§ 3.3 Дисперсия спиновых волн в трехслойных магнитных пленках
§ 3.4 Влияние толщины слоя закрепления на интенсивность и ширину
линий СВР
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Магнетизм является универсальным свойством материи. На стыке магнетизма и радиофизики возникло новое направление — СВЧ магнитная динамика. Исследование динамических магнитных процессов обеспечивает возможность создания с использованием магнитных материалов невзаимных, а также управляемых устройств СВЧ- и оптического диапазонов. Созданные к настоящему времени такие магнитные устройства являются неотъемлемой частью систем в радиолокации, телекоммуникациях и экспериментальной физике. Поскольку применение металлических магнетиков неэффективно в СВЧ- и оптическом диапазонах из-за сильного скин-эффекта, в устройствах используются ферриты.
В СВЧ диапазоне проявляется динамика магнитных моментов вещества, как внутри доменов, так и в намагниченном до насыщения образце. Динамика магнитных моментов вещества в намагниченном до насыщения образце наиболее ярко проявляется в явлении ферромагнитного резонанса (ФМР).
Ферромагнитный резонанс проявляется в избирательном поглощении энергии электромагнитного поля ферромагнитным веществом и представляет собой разновидность более общего явления - электронного магнитного (спинового) резонанса [1-3]. ФМР был предсказан, исходя из классических соображений, Аркадьевым и, исходя из квантовых соображений, Дорфманом [4]. Начало современной теории ферромагнитного резонанса было положено работой Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица [5], которая внесла ясность в вопрос о поведении ферромагнетика в сверхвысокочастотном (СВЧ) поле. Экспериментально ферромагнитное резонансное поглощение было обнаружено независимо Завойским [6] и Гриффитсом [7].
Наличие сильной корреляции между магнитными моментами атомов магнитоупорядоченных веществ обуславливает возможность существования в таких системах, кроме однородной прецессии, неоднородных магнитных колебаний — спиновых волн, существование которых было предсказано
Ф.Блохом. При малых значениях волнового числа (к <10 см ') обменное взаимодействие в большинстве практически важных случаев не играет существенной роли в формировании спектра волн, исторически такие волны получили в литературе название магнитостатических волн (МСВ). Для нас же практический интерес представляют спиновые волны с большими значениями к, для которых влияние обменного взаимодействия существенно. В этом случае в твердом теле возбуждаются обменные спиновые волны, которые чаще всего называют просто спиновыми волнами (СВ). Большую роль в развитии теории этого явления сыграли работы Киттеля [8-10]. Им была предсказана и возможность возбуждения спиновых волн однородным переменным магнитным полем - спин-волнового резонанса (СВР) [9]. Эта возможность была экспериментально подтверждена Сиви и Танненвальдом [11] на пленках пермаллоя.
Удобным объектом для изучения ферромагнитного и спин-волнового резонансов являются тонкие магнитные пленки ферритов-гранатов (МПФГ). Наличие трех катионных позиций разных размеров позволяет вводить в состав МПФГ более половины химических элементов таблицы Менделеева, что обуславливает многообразие их физических свойств. В связи с этим особую значимость приобретают исследования свойств магнитных пленок, направленные на их использование в современной магнетоэлектронике в качестве элементов для записи и обработки информации, в том числе голографической, для устройств преобразования и обработки СВЧ-сигналов, шумопода-вителей, ограничителей мощности и др. Но чаще всего МПФГ применяются в частотно селективных ферритовых устройствах, для которых частота ферромагнитного резонанса в образце является центральной частотой либо полосы пропускания, либо полосы подавления сигнала. Применение именно ферритов-гранатов в таких устройствах обусловлено тем, что феррит-гранат в чистом виде имеет самую узкую резонансную кривую из всех известных магнитных материалов, ширина которой может варьироваться введением ионов редкоземельных металлов в кристаллическую структуру феррита-граната.

спин-волновому резонансам. Причем СВР возбуждается в наиболее неоднородной части пленки.
Спектры двухслойных пленок легко рассчитать, так как для обоих слоев решения волнового уравнения должны быть согласованы с граничными условиями на поверхности пленки и обменных граничных условий на границе раздела слоев [40]. На поверхности пленки спины свободны и для них справедливо условие, которое можно записать как

= 0,

= 0. (1.3.13)
Здесь Ь = Ьх+ — толщина пленки, /., и /., — толщины слоев.
Обменные условия предполагают, что на ]ранице раздела слоев переменная намагниченность и ее первая производная должны быть непрерывны. В общем случае они имеют вид:
т2 Л] ктх _ Л7 (1т
(1.3.14)
М] М2 Мх кг М2 кг
Используя (1.2.7), (1.3.13) и (1.3.14) можно найти выражение для волновых векторов кх и кг (рассматривается случай, когда А = А2 = А,

tg(£]гJ + /t2tg(£:2?2) = (). (1.3.15)
Из дисперсионных соотношений, записанных для каждого из слоев следует, что
(*,г-*1)=Яс,-Я0!. (1.3.16)
В этом выражении величины Н01 = О.)/у — Н - поля однородного резонанса в слоях, / = 1,2 - номер слоя.
Совместное решение уравнений (1.3.15) и (1.3.16) позволяет определить возможные значения волновых чисел к в каждом из слоев. Одним из вариантов - является графическое решение, часто используемое для уравнения Шредингера.