IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В связи с успехами технологии выращивания монокристаллов железоиттриевого граната (ЖИГ), появилась возможность применения спиновых и магнитоупругих (МУ) колебаний и волн в эпитаксиальных структурах – пленках ЖИГ – подложках гадолиний –галлиевого граната (ГГГ) для создания устройств аналоговой обработки СВЧ сигналов в реальном масштабе времени [1-4].

Работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса возбуждения гиперзвука однородным в пространстве СВЧ – магнитным полем в эпитаксиальных пленках ЭИИГ в условиях СВР при произвольной ориентации внешнего подмагничивающегомагнитного поля.

Теоретическое исследования выполнено в рамках феноменологического подхода на основе решения уравнений Максвелла, линеаризованных уравнений движения намагниченности и вектора упругого смещения в пренебрежении диполь – дипольным и при участи обменного взаимодействия, а также обменных граничных условий, выражающих состояние поверхностных спинов.

Теоретически рассмотрено возбуждения МУ колебаний данных структур однородным в пространстве переменным магнитным полем СВЧ и рассчитана мощность гиперзвука, генерируемая перпендикулярно и касательно намагниченными пленками ЖИГ в подложку ГГГ при произвольном состоянии поверхностных спинов пленки.

Основные измерения выполнены в импульсном режиме по эхо-методу. Закрепление спинов на свободной поверхности пленки осуществлялось путем имплантации поверхностного слоя ионами инертных газов.

Изменение ориентации внешнего магнитного поля осуществлялось вращением возбуждающей системы с исследуемым образцом в поле электромагнита. Угол определяет величину отклонения поля от направления касательного к поверхности пленки. Оказалось, что амплитудаэхо-импульсов существенно зависит от ориентации внешнего магнитного поля [4].

На рисунках изображены зависимости относительной амплитуды эхо-импульсов от величины угла для пленок ЖИГ толщиной мкм и мкм соответственно.

Видно, что эффективность взаимодействия обменных спиновых и упругих волн при изменении угла подмагничивания от 0 до имеет, по крайней мере, три максимума с ярко выраженным наибольшим значением при и два минимума. Для описания данного эксперимента можно применить модель, предложенную Р. Суху[2]. Согласно этой модели для внешнего магнитного поля существует критический угол , соответствующий минимальному закреплению поверхностных спинов для одной из компонент спиновой волны. Причем, можно определить как функцию - отношение обменной энергии к энергии поверхностной анизотропии. Таким образом, определяя экспериментально критический угол для различных пленок ЖИГ или для различных участков серийного диска, можно определить отношения обменной энергии к энергии поверхностной анизотропии для исследуемого образца или участка. Известно [1], что максимальная генерация гиперзвука толстыми пленками ЖИГ в подложку ГГГ наблюдается при совпадении величины волновых чисел спиновой и звуковой волны . Отсюда следует, что определив по заданной частоте величину волнового числа , мы тем самым получаем и значение величины , а это, в свою очередь, позволяет определить величину энергии поверхностной анизотропии из отношения . Как показывает расчет, поверхностные спины пленок ЖИГ толщиноймкм и мкм закреплены частично, причем величина энергии поверхностного анизотропии последней .

Теоретически и экспериментально показано, что эффективность возбуждения гиперзвука объемными обменными спиновыми волнами минимальна при свободных поверхностных спинах пленках ЖИГ и достигает наибольшего значения при закрепленных спинах на обоих поверхностях пленки [3].

Список литературы.

1. Горский В.Б., Помялов А.В. Возбуждениягиперзвукаволнмагнитостатичнскимиколебаниями в структуре: пленка ЖИГ на подложке ГГГ/Письмо в ЖТФ. 1989.- 15. N 7. – с. 61-64.

2. Суху Р. Магнитные пленки. – М. 1967. – 422 с.

3. Бутко А.Н., Барыевский С.О. Возбуждениягиперзвукаперпендикулярно-намагниченнымиэпитаксиальнымипленкамижелезоиттриевого граната с нечеткозакрепленнымиповеохностными спинами пленки//Вестникмагистратура, №12(27)том IV, 2013, с.6-17.

4. Барышевский С.О., Лобода А.И. Магнитострикционныепреобразователи – какэлементыавтоматическогоконтроляэлектромагнитного поля сверхвысокойчастоты // Техника в сельскохозяйственномпроизводстве: Труды / ТаврическаяГосударственнаяАгротехническаяАкадемия: темат. науч-техн. сб. Мелитополь: ТГАТА, 1998, Вып. 1. С. 14 -17.

Код для цитирования: Скопировать