Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 7 Нелинейность магнитоакустических возбуждений в планарных структурах й А.С. Бугаев, В.Б. Горский Московский физико-технический институт, 141700 Долгопрудный, Московская обл., Россия E-mail: dwhome@sbrf.ru (Поступила в Редакцию в окончательном виде 13 ноября 2001 г.) Приведены результаты экспериментальных исследований пороговых мощностей возникновения нелинейности магнитоакустических возбуждений в планарных структурах ферритовая пленкаЦдиэлектрическая подложка в области фазового синхронизма высших толщинных магнитостатических и акустических мод. В условиях эксперимента высшие толщинные магнитостатические моды имели длину волны порядка или менее 1 m, поэтому по отношению к началу спектра магнитостатических волн энергия этих возбуждений определялась энергией неоднородного обменного взаимодействия. Исследовались стоячие магнитоакустические волны в типичных пленках железо-иттриевого граната (ЖИГ) со свободными поверхностными спинами, где в обычных условиях в планарных резонаторах возбуждаются только дипольные магнитостатические колебания (МСК). Ранее было показано, что в области синхронизма обменных и акустических волн возникают дипольно-обменно-акустические возбуждения. Проведены исследования пороговой мощности возникновения неустойчивости прецессии этих возбуждений, а также сравнительный анализ пороговых мощностей дипольных МСК, обменно-акустических и дипольно-обменно-акустических возбуждений. Продемонстрировано существенное уменьшение пороговой мощности неустойчивости МСК при совпадении собственных частот дипольных и обменно-акустических колебаний.

В первых работах по влиянию магнитоакустических с длинноволновыми дипольными МСВ влияние магнивзаимодействий на нелинейные процессы, выполненных тоупругого взаимодействия обнаруживалось не только на объемных кристаллах [1,2], исследовались продольная при участии обменных МСВ, но и тогда, когда сама и поперечная накачки спиновых волн (СВ). В [1] было первичная МСВ либо продукты ее распада, тоже диобнаружено увеличение пороговой мощности продольпольные МСВ, связаны с упругой системой. Например, ной накачки при попадании вторичных СВ в область в работе [4] наблюдалось понижение порога параметфазового синхронизма с упругими волнами, что объясрической неустойчивости дипольной МСВ при условии нялось увеличением параметра релаксации вторичных ее фазового синхронизма в плоскости пленки с одной СВ. В пленочных образцах вследствие многомодовоиз мод Лэмба. Уменьшение порога объяснялось искасти спектра магнитоакустических возбуждений магнижением дисперсионной кривой, что делало возможным тоупругое взимодействие приводило к более широкому распад дипольной МСВ на вторичные МСВ, коллинеарнабору эффектов. Например, в работе [3], где экспериные первичной МСВ. Магнитоупругая связь обменных ментально исследовалась продольная накачка СВ микроСВ при фазовом синхронизме с АВ намного сильнее полосковым преобразователем, было обнаружено реакмагнитоупругого взаимодействия дипольных МСВ, и в тивное влияние упругой системы на порог возбуждения настоящей работе мы остановимся именно на магнитоСВ. Взаимодействие СВ с акустическими приводило упругих эффектах с участием обменных МСВ.

к изменению дисперсионных кривых, к уменьшению Эксперимент проводился в планарных структурах Ч групповой скорости на некоторых частотах и к увелипленка ЖИГ на подложке из гадолиний-галлиевого чению времени нахождения СВ в области накачки, что граната. Толщина пленок изменялась в пределах от в результате уменьшало пороговую мощность накачки до 10 m. Полная толщина структуры была оковозбуждения таких СВ.

о 450 m. Измерения проводились в режиме стоячих Следует отметить, что в ферритовых пленках в основволн, т. е. методом ферромагнитного резонанса. Испольном изучаются дипольные магнитостатические волны зовались либо дисковые, либо квадратные образцы. Для (МСВ), которые чаще всего и выступают в роли накачки локализации магнитостатических колебаний (МСК) в при исследовании нелинейных процессов, а первая и плоскости пленки применялся также метод неоднородвторая зоны параметрического возбуждения СВ являного магнитного поля с профилем Дмагнитной ямыУ.

ются областями трехмагнонного распада и четырехИспользовались пленки со свободными поверхностными магнонного рассеяния дипольной МСВ соответственно.

спинами, выращенные по стандартной технологии эпиПороги параметрического возбуждения СВ совпадают с пороговыми мощностями неустойчивости МСВ к трех- таксиального роста; отсутствие поверхностного закрепления контролировалось по спектру возбуждаемых колеволновым процессам распада или к четырехволновым процессам рассеяния. В планарных структурах в силу баний. При наличии поверхностного закрепления спинов возможности взаимодействия акустических волн (АВ) в пленках наблюдались бы обменные возбуждения [15].

1286 А.С. Бугаев, В.Б. Горский Рис. 1. a) Спектр магнитоакустических колебаний в дисковом резонаторе. Радиус локализации колебаний около 400 m. Толщина пленки ЖИГ около 6 m. Показан участок магнитных полей, соответствующий фазовому синхронизму высших толщинных и поперечных акустических волн при выбранных частотах возбуждений. b) Пороговая мощность внешнего возбуждающего электромагнитного поля возникновения неустойчивости колебаний, изображенных на части a, при различных частотах.

d Ч колебание большей интенсивности с преобладанием дипольной энергии, e Ч обменно-акустическое колебание.

В отсутствие магнитоупругих эффектов в пленках Согласно [6], в области фазового синхронизма высших наблюдались типичные чисто дипольные спектры МСК. толщинных МСВ и АВ происходят сильные искажеВозбуждаемые колебания отличались друг от друга рас- ния спектра магнитоакустических возбуждений. Сильная магнитоупругая связь приводит к нарушению симметрии пределением переменной намагниченности в плоскости распределения переменной намагниченности собственпленки. В случае дисковых резонаторов или для МСК, ных магнитоакустических возбуждений по толщине локализованных методом цилиндрической магнитной пленки. В результате в области частот и магнитных поямы, это был набор практически равноудаленных друг лей, соответствующих фазовому синхронизму СВ и АВ, от друга колебаний, расстояние между которыми по возбуждаются дипольно обменно-акустические колебамагнитному полю в эксперименте составляло 8-15 Oe ния со сравнимым соотношением дипольной, обменной и определялось выражением Md(/D), где M и d Ч и акустической энергий. Порог нелинейности этих конамагниченность насыщения и толщина ферритовой лебаний и изучался в настоящей работе. Исследования пленки соответственно, D Ч диаметр области локализапроводились в начале спектра, так что трехмагнонные ции колебаний в плоскости пленки. Изменение частоты распады были запрещены законами сохранения энергии.

возбуждения при развертке спектра по магнитному полю На рис. 1, a изображены экспериментальные спектприводило к плавному смещению спектра как единого ры колебаний в области магнитоупругого синхронизма целого. Для пленок со свободными поверхностными обменных СВ и поперечных АВ при развертке по спинами распределение переменной намагниченности магнитному полю для четырех различных частот. Копо толщине пленки для высших толщинных колебаний лебание высокой интенсивности соответствует второму симметрично относительно середины пленки, интеграл радиальному низшему толщинному дипольному колебаперекрытия с внешним возбуждающим электромагнитнию. В отсутствие магнитоупругого взаимодействия в ным полем или с полем дипольных МСК равен нулю, показанном диапазоне магнитных полей возбуждается так что эти колебания в отсутствие магнитоупругого только это колебание. Колебание меньшей интенсиввзаимодействия не возбуждаются. Очищение спектра от ности Ч обменно-акустическое. Положение обменноакустических резонансов достигалось нарушением акуакустического колебания в спектре периодически менястического резонатора, образованного противоположется с частотой. В энергиях обоих колебаний, названных ными поверхностями планарной структуры, например нами дипольным и обменно-акустическим, присутствуют путем механической грубой шлифовки одной из сторон все три основные составляющие: дипольная, обменная структуры. и акустическая. При частоте 3781.9 MHz, когда условия Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Нелинейность магнитоакустических возбуждений в планарных структурах Рис. 2. a) Спектр магнитоакустических колебаний в дисковом резонаторе. Радиус локализации колебаний около 600 m.

Параметры структуры те же, что на рис.1. Показан участок магнитных полей, соответствующий фазовому синхронизму высших толщинных и поперечных акустических волн при выбранных частотах возбуждений. В отличие от рис. 1 дипольное взаимодействие колебаний слабее и расталкивание колебаний не превышает ширины резонансной кривой. b) Пороговая мощность внешнего возбуждающего электромагнитного поля возникновения неустойчивости колебаний, изображенных на части a, при различных частотах.

возбуждения дипольного и обменно-акустического коле- жением закона дисперсии при магнитупругом взаимобаний совпадают, возбуждались два дипольно-обменно- действии: благодаря искажению дисперсионных кривых акустических колебания. в области фазового синхронизма обменных СВ и АВ На рис. 1, b для рассматриваемых колебаний пред- облегчался распад на собственные моды магнитного ставлены пороговые мощности, при которых начинались пленочного резонатора, что в конечном итоге приводинелинейные процессы. Пороговая мощность возникнове- ло к уменьшению эффективного параметра релаксации ния нелинейности определялась тремя способами. В пер- вторичных волн, величина которого пропорциональна вом случае за пороговую мощность PS (показанную порогу нелинейности. Аналогичный эффект наблюдался на рисунках) принималась мощность СВЧ-генератора, в работе [4], где было показано, что из-за коллинеарпри которой начиналось уменьшение магнитной воспри- ности распространения вторичных волн и первичной имчивости, определяемой как отношение интенсивно- волны уменьшается отток энергии вторичных волн из сти поглощаемой мощности к энергии СВЧ-генератора. области накачки, что также приводит к уменьшению В качестве второй пороговой мощности бралась величи- эффективного параметра релаксации вторичных волн на мощности СВЧ-генератора P, при которой в спектре и порога нелинейности первичных волн. Наименьший f отраженного сигнала появлялись частоты-сателлиты, от- порог нелинейности наблюдался при максимальной гибстоящие от частоты возбуждения примерно на 10 MHz. ридизации дипольного МСК с обменно-акустическим, В качестве третьей величины (Pi) использовалась мощ- когда высока эффективность возбуждения первичного ность, при которой на отраженном импульсном сигнале МСК и легко достигаются условия распада на вторичные получался скол. В пределах 1 dB P Pi, тогда как волны благодаря искажению дисперсионных кривых.

f величина PS была примерно на 3 dB меньше, чем P В рассмотренном выше случае взаимодействие диf и Pi. Четко видно, что, несмотря на меньшую интенсив- польных полей дипольного МСК и обменно-акустичесность, обменно-акустическое колебание вблизи диполь- кого возбуждения было столь велико, что приводило к ного колебания имеет меньший порог нелинейности, характерному расталкиванию колебаний. Рис. 2 соответчем само дипольное колебание. Меньший порог нели- ствует случаю, когда параметры релаксации колебаний и нейности мы объясняем облегчением условий распада их эффективность взаимодействия таковы, что расталкидля обменно-акустических колебаний, вызванным иска- вания колебаний не происходит, а наблюдается плавный Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1288 А.С. Бугаев, В.Б. Горский Рис. 3. Спектры магнитоакустических колебаний с радиусом локализации около 600 m в дисковом резонаторе при различных частотах возбуждения. Параметры структуры те же, что на рис. 1. Стрелкой показано возбуждение обменно-акустического колебания.

проход одного колебания через другое. Тем не менее, Возбуждение обменно-акустических колебаний в раскак и в случае, представленном на рис. 1, уменьшает- сматриваемом диапазоне спектра было очень слабым, ся порог нелинейности дипольно-обменно-акустического и при совпадении резонансных магнитных полей таколебания. кого колебания с одним из вышеуказанных дипольных В [6] указывалось, что возбуждение как обменно- колебаний форма резонансной кривой дипольных МСК акустических, так и дипольно-обменно-акустических ко- практически не менялась. Тем не менее при совпадении лебаний может происходить достаточно далеко от об- их резонансных полей наблюдалось четкое, хорошо заметное в эксперименте уменьшение порога нелинейласти синхронизма обменных СВ и АВ. В результате ности на 5-7 dB. Таким образом, даже при очень слабом искажение дисперсионных кривых также имеет место достаточно далеко от точки точного совпадения вол- возбуждении обменно-акустических колебаний происходит облегчение процессов распада, сопровождающееся новых чисел обменных СВ и АВ, хотя наблюдаемые уменьшением порога нелинейности дипольных возбужискажения спектра существенно слабее. Рассмотрим, как магнитоупругое взаимодействие влияет на нели- дений. В результате при совпадении резонансного поля нейные процессы в этом случае. На рис. 3 изобра- такого колебания с дипольным МСК форма резонансной кривой последнего практически не искажается, однако жены экспериментальные спектры МСК в развертке порог нелинейности дипольного МСК уменьшается на по магнитному полю. Область фазового синхронизма величину порядка 6 dB.

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам