Исследование солитонов огибающей электромагнитно-спиновых волн в ферромагнитных пленках и мультиферроидных структурах

• Автор: Черкасский, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Состояния исследований сверхвысокочастотных волновых процессов в ферромагнитных
пленках и мультиферроиках
1Л. Спектры электромагнитно-спиновых волн в неограниченном ферромагнетике,
ферромагнитной пленке и мультиферроике
1Л Л. Электромагнитно-спиновые волны в неограниченном ферромагнетике
1Л .2. Спиновые и электромагнитно-спиновые волны в ферромагнитной пленке
1Л .3. Электромагнитно-спиновые волны в двухслойном мультиферроике
1.2. Нелинейные волновые явления в ферромагнетиках
1.3. Вывод нелинейного уравнения Шредингера с помощью метода огибающих
1.4. Светлые и темные солитоны огибающей волн
1.5. Режимы распространения импульсов спиновых волн в ферромагнитной пленке
Выводы по первой главе
2. Светлые и темные солитоны огибающей в ферромагнитной пленке
2.1. Численное решение нелинейного уравнения Шредингера с линейным затуханием
2.1.1. Светлые солитоны различных порядков в случае г0 = гт1п
2.1.2. Светлые солитоны различных порядков в случае Г0 < гт|п
2.1.3. Светлые солитоны различных порядков в случае т0 > гтш
2.2. Модуляционная неустойчивость и порог образования светлых солитонов обобщенного нелинейного уравнения Шредингера
2.3. Темные солитоны огибающей спиновых волн в условиях сильного нелинейного затухания
2.3.1. Численное моделирование
2.3.2. Экспериментальное исследование

Выводы по второй главе
3. Светлые и черные солитоны огибающей электромагнитно-спиновых волн в продольно намагниченной безграничной мультиферроидной среде
3.1. Постановка задачи
3.2. Нелинейный закон дисперсии
3.3. Вывод модифицированного нелинейного уравнения Шредингера
3.4. Порог образования светлых солитонов огибающей
3.5. Численное моделирование черных солитонов огибающей
Выводы по третьей главе
4. Светлые солитоны огибающей электромагнитно-спиновых волн в искусственном слоистом мультиферроике
4.1. Нелинейный закон дисперсии
4.2. Коэффициенты модифицированного нелинейного уравнения Шредингера
4.3. Моделирование процессов распространения волновых пакетов
Выводы по четвертой главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Список работ автора по теме диссертации

Введение
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности. Исследование солитонов является фундаментальной задачей современной физики нелинейных явлений. Изучение солитонов происходит во многих ее областях: физике волновых явлений в ферромагнитных пленках, нелинейной оптике [11,41], физике плазмы [64,110,112,115,124], гидродинамике [64,112,129], физике низких температур [106,107,145] и в других направлениях. К моменту начала работы над диссертацией основы теории солитонов были разработаны достаточно хорошо [4,16,27,29,54]. Однако результаты натурных и численных исследований порождали и порождают новые теоретические задачи. Ярким примером тому являются результаты численного эксперимента Ферми, Паста и Улама [86], которые после теоретической интерпретации Забуски и Крускала [166] стали причиной «второго открытия солитонов». В последние годы был обнаружен ряд новых нелинейных эффектов, требующих теоретической интерпретации. Среди таких нелинейных эффектов можно назвать следующие: хаотические солитоны [12,152,155,160], наблюдение фракталов [158] и др. Таким образом, в настоящее время мы наблюдаем рост интерес к изучению солитонов.
Фундаментальное значение солитонов в науке является следствием их свойств: будучи нелинейными объектами и распространяясь в нелинейной среде, они проявляют как линейные свойства частиц, так и линейные свойства волновых пакетов. В математике открытие солитонов положило начало созданию метода обратной задачи рассеяния, который позволил найти точные решения многих нелинейных дифференциальных уравнений [29]. В физике благодаря открытию солитонов нашли объяснение многие нелинейные эффекты, а именно, стабильное распространение импульсов в нелинейных дисперсионных средах [129], результаты развития неустойчивости монохроматических сигналов [167], формирование волновых «пуль» [84] и др. Отметим, что прикладной интерес к исследованию солитонов связан, в частности, с разработками нелинейных устройств обработки и передачи информации для систем телекоммуникаций.

Как показано в обзоре литературы, искусственные мультиферроики являются композитными материалами, применение которых в технике СВЧ позволит существенно улучшить характеристики приборов. В то же время существует лишь одна теоретическая работа [19], выполненная для гипотетической среды, состоящей из полубесконечных ферромагнетика и сегнетоэлектрика; в этой работе показывается, что существует возможность образования солитонов в мультиферроике. Таким образом, подробного исследования нелинейных волновых свойств как гипотетических безграничных мультиферроидных сред, так и реальных слоистых мультиферроиков ранее не проводилось.
Результаты исследования нелинейных явлений, происходящих в ферромагнитных пленках и мультиферроиках, могут быть использованы при разработке новых приборов и устройств обработки СВЧ сигналов. По этой причине проведение подобных исследований является актуальной задачей радиофизики, решению которой посвящена данная диссертационная работа.