Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 12 Дисперсия спиновых волн в двухслойных магнитных пленках й А.М. Зюзин, С.Н. Сабаев, А.В. Куляпин Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, 430000 Саранск, Россия E-mail: zyuzinam@mrsu.ru (Поступила в Редакцию 11 февраля 2003 г.

В окончательной редакции 17 апреля 2003 г.) Исследована трансформация спектров спин-волнового резонанса в многослойных магнитных пленках, происходящая при плавном переходе слоя закрепления из состояния реактивной среды в состояние дисперсивной или наоборот. Установлен один из видов пространственной дисперсии спиновых волн, механизм которой связан с действием слоя закрепления. Дисперсия наиболее ярко проявляется в пленках со смешанным механизмом закрепления спинов. Обнаруженный вид дисперсии позволяет объяснить так называемый эффект ДрасталкиванияУ спин-волновых мод.

В большинстве работ, посвященных спин-волновому Намагниченность насыщения в слоях определялась резонансу (СВР), теоретически и экспериментально по интенсивности и ширине однородного ФМР соисследуются спектры при перпендикулярной или па- ответствующих однослойных аналогов слоев [16]. Нараллельной ориентации внешнего постоянного магнит- хождение осей 100, 111, а также значений поля ного поля H относительно плоскости пленки [1Ц4]. кубической анизотропии Hk1 проводилось по методике, Спектры СВР для таких ориентаций удовлетворительно описанной в [17]. Параметры исследованных пленок объясняются известными моделями [5Ц8], в которых приведены в таблице ( Ч гиромагнитное отношение, eff предполагается, что закрепление обусловлено поверх- Hk =(2Ku/M) - 4Ms Ч эффективное поле одноосной ностной анизотропией или динамическим механизмом.

анизотропии, =( H/) Ч параметр затухания ГильВ работах [9Ц12] исследованы угловые зависимости берта, где H Ч полуширина линии поглощения, Ч спектров СВР двухслойных пленок с динамическим круговая частота СВЧ-поля).

механизмом закрепления спинов. При таком механизме Регистрация спектров СВР производилась на радиозакрепления с изменением угла между внешним магспектрометре РЭ-1301. Частота СВЧ-поля /2 была нитным полем и пленкой происходит изменение обравна 9.34 109 Hz. Образцы помещались в скрещенные ласти возбуждения гармонических стоячих спин-волнопостоянное и переменное магнитные поля. Магнитное вых (СВ) мод. При перпендикулярной ориентации такие поле измерялось с помощью ЯМР-магнитометра.

моды возбуждаются в одном слое, при параллельной Ч В качестве характеристики, наиболее чувствительв другом. В этих работах наблюдалось так называемое ной к вариациям резонансных полей СВ-мод, в наДрасталкиваниеУ мод, механизм которого пока остается стоящей работе использовалась разность резонансных малоизученным.

полей нулевой и n-й мод: H0 - Hn. Эта величина Несмотря на большое число публикаций, посвященобычно применяется для построения дисперсионных ных СВР, отсутствуют работы, в которых изучались бы кривых H0 - Hn = f (n). При обработке результатов особенности спектров СВР, и в частности их трансизмерений численным методом учитывалось взаимное формация, когда слой закрепления плавно переходит влияние близко расположенных пиков поглощения и из состояния реактивной среды в состояние дисперсиврезонансных полей СВ-мод, которые в эксперименте ной [13] или наоборот. Поэтому целью настоящей раопределялись как полусумма полей, соответствующих боты является проведение таких исследований в многоэкстремумам производной линии поглощения СВ-моды.

слойных пленках с диссипативным [14,15] и смешанным Как известно [13], если возбуждаемый спектр СВР механизмами закрепления спинов.

ежит в интервале магнитных полей H, меньших поля однородного резонанса в слое закрепления H02, последний является для спиновых волн дисперсивной средой:

1. Эксперимент собственная частота однородных спиновых колебаний в этом слое (собственная частота однородной прецесЭксперименты проводились на монокристаллических пленках ферритов-гранатов, выращенных методом жид- сии) 02 = 2H02 меньше частоты переменного поля.

кофазной эпитаксии на подложках из гадолиний-гал- Наоборот, если спектр лежит в области полей H > H02, лиевого граната, вырезанных в плоскости (111). Мно- слой закрепления будет для спиновых волн реактивной гослойные пленки получались путем последовательного (упругой) средой; в этом слое 02 >. Таким образом, наращивания слоев из различных растворов в распла- для осуществления перехода слоя закрепления из одного ве. Толщина пленок h измерялась интерференционным состояния в другое необходимо менять или частоту методом, а также оценивалась по времени полного СВЧ-поля, или собственную частоту однородной престравливания. цессии 02 = 2H02 путем изменения поля однородного Дисперсия спиновых волн в двухслойных магнитных пленках Параметры двухслойных пленок eff Номер Номер h,, 4Ms, Hk, Hk1, Состав образца слоя m 107 Oe-1 s-1 G Oe Oe 1 1 Y2.98Sm0.02Fe5O12 0.98 1.76 0.003 1740 -1715 -2 Er2.58La0.42Fe3.95Ga1.05O12 1.2 1.66 0.84 450 -78 -2 1 Y2.98Sm0.02Fe5O12 0.69 1.76 0.003 1740 -1715 -2 Sm0.45Er2.55Fe5O12 1.8 1.38 0.2 1330 96 -3 1 Y2.98Sm0.02Fe5O12 0.51 1.76 0.003 1740 -1715 -2 Sm1.2Lu1.8Fe5O12 1.4 1.76 0.12 1760 790 -Примечание. 1 Ч слой возбуждения гармонических СВ-мод, 2 Чслой закрепления.

резонанса H02. Расположение полей однородного резо- равновесной ориентации намагниченности M, рассчитынанса слоя возбуждения H01 и закрепления H02 зависит валась с помощью дисперсионного соотношения [13] eff от значений эффективных полей анизотропии Hk в слоях, гиромагнитных отношений 1 и 2, угла между eff = H cos(H - M) +Hk cos2 M внешним магнитным полем H и плоскостью пленки, а также от температуры T. Как следует из вышеприведен2A eff ных данных, исследуемые пленки обладают различными - Hk1a(M) + k2 H cos(H - M) +Hk cos 2M eff M значениями Hk и в слоях. При перпендикулярной ориентации поле однородного резонанса в слое возбу2A ждения (слой с малым затуханием) было значительно - Hk1b(M) + k2, (1) M выше, а при параллельной ниже, чем в слое закрепления.

Поэтому, а также вследствие того, что при любых где направлениях H гармонические стоячие спиновые волны возбуждаются высокочастотным полем в слое с ма- a(M) =(3 - 16x - 3y)/16, b(M) =-(x + 3y)/4, лым, в области полей, соответствующих возбуждае- x = 23/2 sin 2M - cos 2M /3, мому спектру СВР, слой закрепления будет для спино вых волн при перпендикулярной ориентации реактивной y = - 25/2 sin 4M - 7 cos 4M /9.

средой, а при параллельной Ч дисперсивной. Плавный Выражение (1) записано для слоев возбуждения и запереход слоя закрепления из состояния дисперсивной крепления и позволяет установить связь между волносреды в состояние реактивной осуществлялся двумя выми числами в слоях. Значения угла M находились с способами: a) изменением угла H между H и нормалью помощью условия равновесной ориентации намагниченк плоскости пленки; b) изменением температуры. При увеличении угла H происходит сближение полей H01 ности M и H02. При некотором H поле H01 становится равeff 2H sin(H - M) =Hk sin 2M + Hk1 sin 2M ным H02, затем происходит изменение свойств слоя закрепления с реактивных на дисперсивные.

Другой способ перехода слоя закрепления из состоя- 7 4 + sin 4M + 2 sin2 M - sin4 M. (2) ния дисперсивной среды в состояние реактивной состоял 24 в следующем. Если температурные коэффициенты полей H01 и H02 имеют разный знак (что обусловлено В (1), (2) A Ч константа обмена, k Ч волновое eff разным знаком Hk в слоях) и значения в слоях число СВ-моды, M и H Ч углы между нормалью к различны, то при увеличении температуры будет иметь плоскости пленки и векторами M и H соответственместо пересечение зависимостей H01(T ) и H02(T), и, но, отсчитываемые в плоскости (110) от нормали к как следствие, при некотором значении T происходит пленке [111] по кратчайшему пути в сторону кристалвышеотмеченный переход. лографического направления [001]. Заметим, что, когда Один из факторов, приводящих к угловой зависимости поле H ориентировано в плоскости (110), вектор M H0 - Hn, в частности к увеличению угла наклона диспер- также лежит в этой плоскости. В данной упрощенной сионной кривой при промежуточных (между ДлегкимУ и методике расчета предполагалось полное закпреление ДтруднымУ) направлениях намагничивания, связан с из- спинов на границе раздела слоев; значения волновых чименением равновесной ориентации намагниченности M, сел принимались равными k1 =(n + 1/2)/h1, где h1 Ч происходящим в результате изменения величины по- толщина слоя возбуждения. Результаты расчета привестоянного магнитного поля при регистрации спектра дены на рис. 1, a-3, a (штриховые линии). Видно, что СВР [18]. Величина вклада в разность резонансных в интервале углов 10 H 70 происходит весьма полей H0 - Hn, обусловленного влиянием изменения существенное возрастание разности H0 - Hn.

7 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 2210 А.М. Зюзин, С.Н. Сабаев, А.В. Куляпин интервале углов H моды выше четвертой перестают наблюдаться в спектре СВР этого образца. ДАномальноеУ поведение наблюдалось и на температурных зависимостях H0 - Hn = f (T ) в образцах, для которых имело место пересечение температурных зависимостей полей однородного резонанса H0i слоев возбуждения и закрепления, т. е. когда также происходил переход слоя Рис. 1. a) Угловые зависимости H0 - Hn для образца № 1.

Числа около кривых Ч номера мод. Точки Ч эксперимент, штриховые линии Ч расчет по формулам (1), (2), сплошные линии Ч расчет по формулам (1)-(6). b) Угловые зависимости поля однородного резонанса в слое возбуждения (I) и закрепления (II).

Проведенные эксперименты позволили установить следующее. Изменение угла H приводит к ярко выраРис. 2. То же, что и на рис. 1, для образца № 2.

женному изменению разности H0 - Hn. На рис. 1, b-3, b приведены также угловые зависимости полей однородного резонанса H01(H) и H02(H) для слоев возбуждения и закрепления. В образцах с доминирующим действием диссипативного механизма закрепления спинов при увеличении H происходило плавное возрастание, а затем уменьшение разности H0 - Hn = f (H) (точки на рис. 1, a). Кроме того, в интервале 15

Для образцов с еще меньшим значением 2 (образец № 3) на экспериментальных угловых зависимостях была обнаружена ярко выраженная особенность. Как следует из рис. 3, a, амплитуда вариации H0 - Hn возрастает с номером моды. Причем величина отклонения разности H0 - Hn от расчетной штриховой кривой в сторону меньших значений существенно превышает величину отклонения в сторону больших. Кроме того, на зависимостях H0 - Hn для мод с n > 4 наблюдается разрыв, обусловленный тем, что в некотором Рис. 3. То же, что и на рис. 1, для образца № 3.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Дисперсия спиновых волн в двухслойных магнитных пленках (рис. 5, a, b). Плавное уменьшение разности H0 - Hn с ростом T обусловлено более быстрым (по сравнению с намагниченностью) уменьшением константы обменного взаимодействия A [19]. Необходимо отметить, что спектры СВР при различных температурах записывались для перпендикулярной ориентации H относительно плоскости пленки, когда отсутствует разориентация векторов M и H и, следовательно, исключено влияние изменения равновесной ориентации M, а также разориентации векторов M1 и M2 в слоях [11] на разность резонансных полей. Заметим, что взаимное влияние пиков СВ-мод и нулевой моды слоя закрепления не могло привести к обнаруженным особенностям в поведении угловых и температурных зависимостей H0 - Hn [20].

Как показывает расчет, учет влияния пика с большей шириной и малой интенсивностью от слоя закрепления на резонансное поле n-й СВ-моды приведет к поправке, не превышающей 3-5 Oe, что существенно меньше величины возможного изменения разности H0 - Hn.

Наблюдаемые зависимости H0 - Hn = f (H) или H0 - Hn = f (T ), как это следует из рис. 1, a-4, a, аналогичны кривым дисперсии, наблюдаемым вблизи полос Рис. 4. a) Температурные зависимости H0 - Hn для образ- поглощения и имеющим участки ДнормальнойУ и Даноца № 1. b) Температурные зависимости поля однородного мальнойУ дисперсии. Заметим, что и в нашем случае в резонанса в слое возбуждения (I) и закрепления (II).

интервале углов, соответствующем резкому изменению зависимости H0 - Hn от H (или T), также происходит существенное увеличение затухания (ширины линии СВ-мод) (рис. 6), что связано с возрастанием влияния области затухания спиновой волны в слое с большим на диссипацию энергии стоячих спиновых волн [15].

Существенное характерное отличие обнаруженного типа дисперсии заключается в том, что она обусловлена не свойствами среды, в которой происходит возбуждение гармонической волны, а состоянием приграничной области. Поэтому ее можно рассматривать как один из видов пространственной дисперсии спиновых волн.

Рис. 5. То же, что и на рис. 4, для образца № 3.

закрепления из состояния реактивной среды в состояние дисперсивной (рис. 4, a, b). Для образцов, у которых отсутствовало пересечение зависимостей H01(T ) и H02(T ), Рис. 6. Угловые зависимости ширины линий СВ-мод 2 H(H ) кривые H0 - Hn = f (T ) имели монотонный характер для образца № 2. Числа около кривых Ч номера СВ-мод.

7 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 2212 А.М. Зюзин, С.Н. Сабаев, А.В. Куляпин 2. Расчет спектров СВР Для определения количественных характеристик обнаруженной дисперсии, а также характера трансформации СВ-мод, происходящей при изменении H, нами был проведен расчет спектров СВР, учитывающий не только влияние изменения равновесной ориентации M, но и влияние изменения свойств слоя закрепления с дисперсивных на реактивные, которое происходит при изменении угла H или температуры.

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам