Электромагнитные свойства многослойных магнитных наноструктур в миллиметровом диапазоне длин волн

• Автор: Кузнецов, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург, Нижний Тагил
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание

Список основных обозначений Список основных сокращений Введение

Глава 1. Электромагнитные свойства многослойных магнитных наноструктур

1.1. Гигантский магниторезистивный эффект на постоянном токе в основных классах металлических наноструктур

1.1.1. Магнитные сверхрешетки — системы с искусственно созданной периодичностью

1.1.2. Гранулированные и кластерно-слоистые наносистемы

1.2. Природа гигантского магниторезистивного эффекта в магнитных сверхрешетках

1.2.1. Модели межслойного обменного взаимодействия

1.2.2. Модели гигантского магниторезистивного эффекта

1.3. Гигантский магниторезистивный эффект в магнитных сверхрешез ках на сверхвысоких частотах и в инфракрасном диапазоне
1.4. Гигантский магниторезистивный эффект в геометрии "ток перпендикулярен плоскости слоев"
1.5. Магнитный резонанс в металлических наноструктурах
1.6. Перспективы применения и новые направления исследования многослойных магнитных металлических наноструктур
1.7. Выводы по главе 1 и постановка задачи исследования Глава 2. Методика проведения эксперимента
2.1. Технология изготовления, методы изучения и основные параметры объектов исследования
2.1.1. Наноструктуры Fe/Cr
2.1.2. Наноструктуры Fe/V, FeNi/V и Co/Ag
2.2. Методики микроволновых измерений в режимах проникновения и бегущих волн
2.2.1. Описание экспериментальной установки
2.2.2. Методика измерения модулей коэффициентов прохождения и отражения в режиме проникновения электромагнитных волн

2.2.3. Методика измерения модулей коэффициентов прохождения и отражения в режиме бегущих волн
2.2.4. Периодические структуры в волноводе
2.3. Выводы по главе
Глава 3. Проникновение электромагнитных волн через многослойные и кластерно слоистые наноструктуры и отражение от них
3.1. Проникновение электромагнитных волн через многослойные и кластерно - слоистые наноструктуры Fe/Cr
3.1.1. Гигантский магниторезистивный эффект в многослойных наноструктурах Fe/Cr в широком диапазоне частот
3.1.2. Исследование спектра магнитного резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн
3.2. Проникновение электромагнитных волн через многослойные наноструктуры Fe/V, FeNi/V и Co/Ag
3.3. Отражение электромагнитных волн от многослойных наноструктур Fe/Cr
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Исследование сверхвысокочастотного гигантского
магниторезистивного эффекта в режиме бегущих волн
4.1. Электромагнитные волны в прямоугольном волноводе с металлической наноструктурой
4.1.1. Структура электромагнитных полей в прямоугольном волноводе с металлической наноструктурой
4.1.2. Расчет продольного волнового числа прямоугольного волновода с металлической наноструктурой
4.1.3. Расчет эквивалентного сопротивления волновода с металлической наноструктурой и коэффициентов отражения и прохождения
4.1.4. Экспериментальное исследование частотных и полевых зависимостей модулей коэффициентов стоячей волны и прохождения
4.2. Взаимодействие электромагнитных волн со сверхрешетками Fe/Cr в периодической структуре типа "гребенка в волноводе"
4.3. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Список основных обозначений
с{ толщина металлической пленки
(ЫН) относительное изменение модуля коэффициента прохождения при
изменении напряженности внешнего магнитного поля сЬ, суммарная толщина металла сверхрешетки
Е„ напряженность высокочастотного электрического поля
СТй параметр затухания Гильберта
gm(H) относительное изменение модуля коэффициента отражения при изменении
напряженности внешнего постоянного магнитного поля Н напряженность внешнего постоянного магнитного поля
/Л напряженность высокочастотного магнитного поля
/? нормированная величина напряженности постоянного внешнего
магнитного поля
КЕп эффективный коэффициент поверхностной магнитной анизотропии
к волновой вектор
к0 волновое число
кт волновое число в проводящей среде
М намагниченность
т относительная намагниченность
N число магнитных слоев системы
п число пар слоев ферромагнетик/немагнитный металл
Рл амплитуда поглощенной мощности высокочастотного электромагнитного

Р, Л амплитуды падающей и прошедшей мощности высокочастотного
электромагнитного поля Лют джоулевы потери на единицу площади образца
/?(//) сопротивление постоянному току в постоянном магнитном поле Н
К5 поверхностное электросопротивление наноструктуры
г(Н) магнитосопротивление на постоянном токе

волновод на диэлектрической подложке таким образом, что его плоскость оказывалась параллельной меньшей стороне волновода. Теория метода здесь не была развита, а дано только качественное его описание.
В диапазоне СВЧ акты рассеяния электронов проводимости на неоднородностях сверхрешетки (примесях, интерфейсах и т.д.) сопровождаются только изменением их импульса без изменения энергии, что обуславливает переход с одной точки поверхности Ферми на другую. Здесь выполняется условие сот« 1 (где г - время релаксации электронов), что соответствует проводимости, описываемой формулой Друде. Влиянием временной дисперсии проводимости, вероятнее всего, можно пренебречь. Она начинает сказываться при ат~ 1. Полагая при Т= 273 К для хороших проводников г» 10'14с, получаем /~ 1,6x101jFh, что соответствует длине волны Я^ 19мкм в инфракрасном диапазоне. В ИК-диапазоне основное влияние на оптические константы могут оказывать внутризонные переходы электронов проводимости, при которых меняется их энергия. Временная дисперсия является весьма значительной. Следует ожидать, что проводимость также описывается формулой Друде. Условие ют» 1 начинает выполняется с частот /« 1,6х10|4Гц и Х~2 мкм почти на границе диапазона инфракрасных длин волн, где уже сказывается влияние межзонных переходов электронов, которые играют главную роль в оптическом диапазоне.
Изучение прохождения ЭМВ инфракрасного диапазона через металлическую многослойную наноструктуру в случае нормального падения волны было проведено в работе [110]. Показано, что "эффективная" диэлектрическая проницаемость sSAL должна зависеть от квадрата относительной намагниченности m2 = (MMS)2 = cos2(6>/2) (см. также п. 1.2.2). Тогда коэффициент преломления пы1. = е1т будет зависеть от относительной ориентации магнитных моментов соседних ферромагнитных слоев металлической сверхрешетки.
Экспериментальное исследование прохождения электромагнитных волн инфракрасного диапазона через многослойные наноструктуры [NigoFe2o/Cu/Co/Cu]3 в [110] подтвердило существование эффекта и наличие минимума со сменой знака у зависимостей относительного изменения коэффициента прохождения от длины волны для наноструктур с несколькими значениями fCu. Эффект исчезает при Я ~ 2 мкм.