Спин-волновые и магнитоакустические возбуждения в многослойных феррит-диэлектрических структурах

• Автор: Литвиненко, Артем Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. СПИН-ВОЛНОВЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ В МНОГОСЛОЙНЫХ
ФЕРРИТ-ФЕРРИТОВЫХ СТРУКТУРАХ
1.1. Спиновые волны в безграничном феррите
1.2. Граничные условия
1.3. Спиновые волны в однослойных ферритовых пленках
1.4. Спин-волновыс резонансы в ограниченных ферритовых пленках
1.5. Электромагнитное возбуждение обменных спиновых волн в монолитной феррит-ферритовой структуре
1.6. Вытекающие моды обменных спиновых волн в тонком легированном слое
на поверхности массивного слоя ЖИГ
1.7. Наблюдения эффектов возбуждения обменных спиновых при нормальном намагничивании пленки ЖИГ
1.8. Выводы
Глава 2. МАГНИТОАКУСТИЧЕСКИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ В СЛОИСТОЙ
ФЕРРИТ-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЕ
2.1. Магнитоакустический резонатор СВЧ. Эксперимент
2.2. Обработка результатов измерений и обсуждение результатов эксперимента,.
2.3. Компьютерное моделирование магнитоакустического генератора СВЧ .
2.5. Выводы
Глава 3. ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ПЛЕНОЧНЫХ ЖИГ
РЕЗОНАТОРОВ И АВТОГЕНЕРАТОРОВ НА ИХ ОСНОВЕ
3.1. Температурная стабилизация частоты пленочного ЖИГ резонатора. Теория .
3.2. Температурная стабилизация частоты пленочного ЖИГ резонатора.
Эксперимент
3.3. Моделирование транзисторного ЖИГ генератора
3.4. Макетирование и испытания транзисторного ЖИГ генератора
3.5. Выводы
Заключение
Список основный обозначений и сокращений
Список публикаций по теме диссертации
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции развития систем радиолокации, навигации и связи проявляются в продвижении в область более высоких частот. При этом к бортовым системам предъявляются повышенные требования миниатюризации, энергоемкости, климатической и радиационной стойкости, защищенности от внешних помех и прочее. В системах обработки радиосигналов начинают применяться цифровые методы, но и аналоговые не утрачивают своей актуальности. Однако эффективность аналоговых систем во многом зависит от качества опорного сигнала. В частности, для повышения разрешающей способности радарных систем необходимо повышать временную стабильность частоты генерируемого сигнала. При этом важную роль играет не только кратковременная стабильность, которая определяется уровнем фазовых шумов, но и долговременная стабильность, которая зависит от множества внешних факторов. Для защиты от шумового противодействия также необходимо иметь возможность быстрой перестройки частоты опорного сигнала.
Постоянно растущие требования электронных систем стимулируют создание принципиально новой элементной базы. При этом главным резервом миниатюризации СВЧ устройств является использование коротковолновых возбуждений в твердых телах. К числу таких возбуждений можно отнести спиновые и упругие волны. Существенно, что в монокристаллических ферритовых средах эти типы волн являются взаимосвязанными. Последнее обстоятельство также представляет интерес в плане практического использования гибридных магнитоупругих волн.
В ферритовых средах могут возбуждаться два типа спиновых волн — дипольные и обменные. Дипольные спиновые волны (в литературе их чаще называют магнитостатическими волнами (МСВ) [1]) распространяются за счет дальнодействующего диполь-дипольного взаимодействия. Обменные спиновые волны (ОСВ) распространяются за счет короткодействующего обменного взаимодействия [2]. Наиболее сильное обменное взаимодействие формирует в кристалле упорядоченную структуру спиновых моментов, которая проявляется

в виде спонтанной намагниченности феррита. При континуальном подходе оба типа спиновых волн представляются одинаково, в виде волн прецессии вектора спонтанной намагниченности, и различаются только длинами. Волны с длинами Л < 1мкм принято считать в основном обменными, а с длинами X > Юмкм - в основном дипольными.
В настоящее время наиболее широкое применение нашли магнитостатические волны [3-8]. Это произошло благодаря простоте их возбуждения микрополосковыми преобразователями [9,10]. Было предложено большое количество устройств на МСВ - фильтров частот, линий задержки, шумоподавителей, конвольверов и прочес [11-24]. Однако эти устройства до настоящего времени не нашли широкого применения в основном из-за отсутствия удовлетворительного решения проблем термостабилизации.
Обменные спиновые волны были практически не освоены, хотя их существование было предсказано гораздо раньше, еще в 1930 году, в знаменитой работе Блоха [25]. Причина была в том, что до недавнего времени их не удавалось наблюдать экспериментально. Для возбуждения столь коротких волн (с длинами Д~1мкм) необходимы были микроиолосковые преобразователи с ширинами не более Д/2~0.5мкм. Изготовление таких преобразователей оказалось возможным только с применением современных методов электроннолучевой литографии [26].
В тоже время было хорошо известно о существовании спин-волновых резонансов (СВР), которые первоначально были обнаружены в тонких пермаллоевых пленках [27,28], а затем и в пленках ЖИГ [29,30]. Эти резонансы устанавливались в результате многократного отражения спиновых волн, причем для их возбуждения не требовалась высокая локализация магнитных полей. Они могли возбуждаться даже в однородном СВЧ поле. Наиболее интенсивные резонансы наблюдались в спектре МСВ в виде гибридных дипольно-обменных волн [31]. Существенно, что в спектре МСВ можно было наблюдать резонансы ОСВ достаточно высокого порядка /и = 10...100. При этом их добротность оказалась достаточно высокой

Ы = {о1Нп+ЛпК)-вп и выражение параметра эллиптичности (1.16)

(1.55)
(1.56)
V “//„ +ЦЛ1 к '
Поперечные составляющие вектора прецессии намагниченности были связаны простым соотношением
туп =ав„тт (1.57)
где знак (+) соответствовал правому, а знак (-) левому вращению вектора прецессии. В дальнейшем нас интересовали только правополяризованные волны.
Для решения краевой задачи использовались ранее полученные граничные условия (см. подраздел 1.2). Векторное условие (1.21) в координатной форме приводилось к системе однородных алгебраических уравнений

которая могла иметь нетривиальные решения

(1.58)
Ф0 только при условии
равенства нулю детерминанта
А = (0|-02)гт1гЪ. (1.59)
Это условие выполнялось при 0| ~ 02 э то есть при сохранении эллиптичности волны прецессии на границе ферритовых сред. Согласно (1.56) это условие могло быть выполнено только при нормальном падении волны, когда кх- 0 и 0, =02 =1. В тоже время в случае достаточно быстрых волноводных мод, когда

« 1, эллиптичностью прецессии можно было пренебречь, положив
9| ~ 02 ~ 1, и в дальнейшем использовать только одно граничное условие