Влияние магнитной проницаемости на отражение и поглощение электромагнитных волн однородными и слоистыми средами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

БУТЬКО ЛЕОНИД НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ НА ОТРАЖЕНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОДНОРОДНЫМИ И СЛОИСТЫМИ СРЕДАМИ

01 04 07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

003 16 1*723

Челябинск-2007

003161723

Работа выполнена на кафедре физики конденсированного состояния Челябинского государственного университета

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор Бучельников Василий Дмитриевич Научный консультант доктор физико-математических наук

Бычков Игорь Валерьевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

Екомасов Евгений Григорьевич, кандидат физико-математических наук, Романов Владимир Сергеевич

Ведущая организация Сыктывкарский государственный университет,

г. Сыктывкар

Защита диссертации состоится 9 ноября 2007 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212 296 03 в Челябинском государственном университете по адресу 454021, г Челябинск, ул Бр Кашириных, 129, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Челябинского государственного университета

Автореферат разослан" 8 " октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Физика магнитных явлений до сих пор остается одной из актуальных областей физики конденсированного состояния В течение нескольких последних десятилетий в ней были сделаны новые открытия, эффекты гигантского и колоссального магнитосопротивления, магнитная силовая микроскопия, гигантский магнитокалорический эффект, эффекты сильного проявления относительно слабых взаимодействий в области фазовых переходов и т.д Эти открытия касались как статических, так и динамических свойств магнетиков В частности, было предсказано аномально большое и аномально малое отражение электромагнитных волн (ЭМВ) от поверхности магнетиков Электродинамические свойства магнитоупорядоченных сред во многом определяются величиной магнитной проницаемости Известно, что в магнетиках магнитная проницаемость может зависеть от многих внешних параметров частоты и угла падения ЭМВ, внешнего магнитного поля, температуры, магнитоупругих взаимодействий, структуры среды, а также от многих внутренних параметров намагниченности, суммарной анизотропии и т д Она может принимать аномально большие или малые, а также отрицательные значения в области резонансов, вблизи и в точке ориентационного фазового перехода (ОФП), когда величина эффективного поля анизотропии образца много меньше поля намагниченности Как известно соотношение магнитной и диэлектрической проницаемости среды определяет ее электродинамические свойства, ее импеданс Этими особыми свойствами поведения магнитной проницаемости в магнитоупорядоченных средах можно воспользоваться для создания сред с уникальной отражательной и поглощающей способностью. Например, коэффициент отражения (КО) при нормальном падении ЭМВ из вакуума на границу полубесконечной среды с отличными от единицы диэлектрической е и магнитной ц проницаемостями определяется формулой

л/? — л//7 2

(1)

Как видно, уменьшение КО может быть достигнуто, если добиться равенства диэлектрической и магнитной проницаемостей вещества (е = ц)> а увеличение - при выполнении неравенства 8 » ц, либо в « ц КО также стремится к единице, когда динамическая магнитная проницаемость отрицательна

Исследования отражательной способности различных веществ являются актуальными по настоящее время в связи с потребностью в высоко отражающих и поглощающих электромагнитное излучение материалах Данные материалы применяются с целью уменьшения эффективной отражающей поверхности наземных и морских объектов, летательных аппаратов с целью их противолокационной маскировки, для оборудования испытательных камер, в которых исследуются антенные устройства, для поглощения электромагнитной энергии в оконечных и др поглощающих элементах СВЧ устройств и тд

Особенно актуальной эта задача становится в связи с возрастанием важности радиолокационной "невидимости" современных военных технологий и с все более широкомасштабным применением в террористических акциях дистанционных технических средств, приведение в действие которых основано на использовании электромагнитного СВЧ излучения

Одна из основных трудностей, возникающих при разработке систем электромагнитной защиты, обусловлена тем, что диапазон частот, в котором работают современные технические средства, находится в интервале от единиц герц (магнитные поля) до сотен гигагерц А поскольку широко применяемые сегодня виды материалов даже при их комбинации сохраняют защитные свойства лишь в ограниченном диапазоне частот, то создание эффективных систем, обеспечивающих отражение, пропускание или поглощение как низкочастотных, так и высокочастотных и СВЧ ЭМВ, является крайне сложной задачей Ко всему этому большинство решений проблемы требуют изменения состава и структуры вещества, что является довольно сложной задачей и толщина таких материалов (особенно комбинационных) достаточно велика [1,2] Поэтому необходимо направить внимание на исследование материалов отражающих, пропускающих или поглощающих ЭМВ в широком диапазоне частот, причем необходимо, чтобы такие материалы обладали небольшой толщиной Перспективными, в данной области, являются материалы, сочетающие в себе диэлектрические и магнитные свойства [3].

В работах [4-6] впервые была теоретически показана возможность аномального изменения КО ЭМВ от поверхности ферродиэлектрика в широком интервале частот - от сверхнизких (вплоть до нуля) до гигагерцовых (СВЧ-диапазон) При этом КО может изменяться от единицы (полное отражение волн) до нуля (полное прохождение волн) при изменении внешних параметров — магнитного поля, температуры или давления Такое поведение КО ЭМВ обусловлено эффектом аномального изменения динамической магнитной проницаемости в области различных резонансов Отмеченное явление наблюдалось экспериментально при исследовании КО ЭМВ от поверхности антиферромагнетиков со слабым ферромагнетизмом (ортоферритов) [7], а также от поверхности порошковых ферритов и Бе-Со порошка [8,9]

В настоящее время проблема заключается в том, чтобы продолжить проведение комплексных теоретических исследований магнитной проницаемости и отражения ЭМВ от поверхности структур, содержащих магнигоупорядоченные среды с целью выхода на практическое применение Для этого необходимо рассмотреть более реальные объекты для приложений -образцы конечных размеров, слоистые (слоисто - периодические) структуры Также необходимо продолжить исследование КО ЭМВ от магнитоупорядоченных сред с разным направлением эффективного поля анизотропии (намагниченности) и при наклонном падении ЭМВ, так как все эти условия могут существенно повлиять на частотный диапазон, в котором КО может равняться единице или нулю. Следует также рассмотреть структуры, содержащие магнигоупорядоченные среды, в которых будет происходить

полное поглощение ЭМВ, так как из них можно создавать радиопоглощающие покрытия

Цели и основные задачи исследования:

1 Теоретическое исследование магнитной проницаемости и КО связанных спиновых и электромагнитных волн в ферромагнитных кристаллах кубической симметрии в магнитном поле вдали и в области ОФП с разным направлением намагниченности, в частности в геометрии Фарадея и Фойгта

2 Теоретическое исследование влияния угла падения ЭМВ на магнитную проницаемость и КО с учетом магнитоупругого и электромагнитно-спинового взаимодействий, затухания спиновых волн в точке ОФП и вблизи ОФП

3 Теоретическое исследование отражения ЭМВ от слоистых систем, с учетом связи спиновых и электромагнитных волн, а также с учетом межслойного взаимодействия

4 Теоретическое исследование поглощения ЭМВ в структуре немагнитный металл-ферромагнетик и выработка предложений по созданию и практическому применению такого поглощающего материала

5 Разработка и создание программ, позволяющих численно рассчитывать КО и коэффициент поглощения (КП) ЭМВ от поверхностей систем, содержащих магнитоупорядоченные среды

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что

1 Проведен анализ законов дисперсии связанных спиновых и

электромагнитных волн в кубическом диэлектрическом ферромагнетике (ФМ) в геометрии Фарадея и в геометрии Фойгта Определены выражения для магнитных проницаемостей ФМ в обеих геометриях Показано, что в обеих геометриях при типичных значениях параметров ФМ задача о связанных волнах может быть сведена к обычной электродинамической задаче с известными выражениями для магнитной проницаемости Получено, что в геометрии Фойгта диапазон частот, в котором возможно аномальное изменение КО ЭМВ значительно больше, чем в геометрии Фарадея

2. Впервые получены частотные и полевые зависимости КО ЭМВ при различных углах падения и поляризации ЭМВ Показано, что КО зависит от угла падения и поляризации на всем диапазоне частот, магнитная проницаемость — только в области резонансов Предложен способ управления КО ЭМВ от поверхности магнитоупорядоченных сред с помощью изменения углов падения и поляризации

3 Проведено исследование интегральной магнитной

восприимчивости (ИМВ) и КО ЭМВ от слоистой структуры,

состоящей из взаимодействующих между собой диэлектрических ФМ слоев разделенных немагнитными проводящими прослойками Показано, что увеличение числа слоев за счет межслойного взаимодействия приводит к увеличению числа резонансных пиков ИМВ (магнитной проницаемости), КО и уширению некоторых из них, за счет наложения пиков друг на друга

4 В структуре немагнитный проводник (НМЛ) - ФМ теоретически

предсказан и проанализирован качественно новый эффект полного поглощения ЭМВ в немагнитном металле при определенном соотношении его проводимости и толщины в области частот, в которой магнитная проницаемость ФМ много больше диэлектрической Данная структура теоретически имеет уникальные характеристики, не имеющие аналогов, т к сохраняет поглощающую способность, как для низкочастотных, так и для высокочастотных электромагнитных полей даже при малых толщинах, состав такой структуры достаточно прост Предложена схема по проведению эксперимента для наблюдения обнаруженного эффекта поглощения и созданию высокопоглощающего материала Достоверность полученных результатов При изучении динамических свойств систем, содержащих магнитоупорядоченные среды, применялась теория связанных упругих, спиновых и электромагнитных волн, которая является основным методом исследования свойств магнетиков В теории используются хорошо известные уравнения Максвелла, уравнения теории упругости, уравнения Ландау-Лифшица для намагниченности Совместное решение вышеперечисленных уравнений с использованием стандартных граничных условий позволяет получить полную связанную систему уравнений для определения спектра элементарных возбуждений, их скоростей распространения, выражения для динамической магнитной проницаемости и КО ЭМВ. Для расчета КО ЭМВ от многослойных систем также использовался описанный в литературе и многократно опробованный метод матриц переноса Таким образом, научные и практические результаты диссертационной работы в достаточной степени обоснованы применением хорошо апробированных методов исследования, отдельные результаты работы согласуются с полученными ранее другими авторами

Практическая значимость работы. Результаты, полученные по исследованию КО ЭМВ от поверхности структур, содержащих магнитоупорядоченные среды, расширяют представление о способах изменения и управления КО и КП ЭМВ Они могут иметь большое практическое значение при создании для промышленных и лабораторных целей высокоотражающих и не отражающих материалов, а также могут быть использованы при создании новых уникальных покрытий, поглощающих как низкочастотные, так и высокочастотные ЭМВ

Положения, выносимые на защиту

1 Результаты аналитического и численного исследования магнитной проницаемости, коэффициента отражения электромагнитных волн от поверхности

• полубесконечного феррита в геометрии Фойгта,

• полубесконечного ферромагнетика в геометрии Фарадея при наклонном падении,

• слоистой периодической структуры проводящий ферромагнетик -диэлектрический ферромагнетик,

• слоистой структуры, состоящей из взаимодействующих между собой диэлектрических ФМ слоев разделенных немагнитными проводящими прослойками

2 Результаты аналитического и численного исследования коэффициента поглощения электромагнитных волн от поверхности

• структуры немагнитный проводник - ферромагнетик Апробация работы. Результаты диссертации докладывались иг

обсуждались на Международной школе-симпозиуме физиков-теорётиКов «Коуровка», Екатеринбург-Кыштым, 2004, 2006 гг; Региональной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии, Уфа, 2006 г, Всероссийской научной конференции «Математика Механика Информатика», Челябинск, 2006 г, ХП и ХШ Международных конференциях по спиновой электронике и гировекторной электродинамике, Москва (Фирсановка), 2003, 2004 гг, УП Международном семинаре по физике фазовых переходов, Махачкала, 2005 г, International Symposium "Spin Waves 2007", St Petersburg, 16-18 June, 2007 г, International Conference on Functional Materials, Partenite, Ukraine, 1-6 October, 2007 г, Научных семинарах кафедры физики конденсированного состояния ЧелГУ

Работа по теме диссертации выполнялась при финансовой поддержке 2-ух грантов Правительства Челябинской области 2004 и 2005 г, урчел_04-02-96059 и гранта РФФИ-Урал 07_02_96030

Публикации и личный вклад. Основное содержание диссертации отражено в 11 печатных изданиях, включающих 5 статей (из них одна в журнале из списка ВАК) и 6 тезисов докладов на научных конференциях Общий список публикаций приведен в конце автореферата В совместных публикациях вклад автора заключается в непосредственном участии в постановке задач, в получении аналитических решений, в создании и использовании программ для численных расчетов, непосредственном проведении расчетов и получении результатов, а также в интерпретации полученных результатов и написании статей

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения Работа содержит 160 страниц текста, включая 46 рисунков и список цитированной литературы, содержащий 98 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и основные защищаемые положения диссертационной работы, отмечена научная новизна и практическая ценность полученных результатов Даны сведения о структуре и содержании диссертации

Первая глава посвящена исследованию магнитной проницаемости и КО ЭМВ от поверхности помещенного во внешнее магнитное поле полубесконечного ферродиэлектрика (феррита) кубической симметрии в разных геометриях в геометрии Фарадея - намагниченность и внешнее магнитное поле направлены по нормали к поверхности, на которую нормально падает ЭМВ (кх =/г0ехр(—гШ + гкг), еу = —к0 ехр(- гоз/ + гкх)) и в геометрии Фойгта - намагниченность и внешнее магнитное поле направлены вдоль поверхности При этом магнитоупругое взаимодействие не учитывается

Исследование проводилось на основе теории связанных электромагнитных волн, что, в первую очередь, предполагает решение связанной системы уравнений, описывающей распространение и взаимодействие в ФМ электромагнитных и спиновых колебаний Такая система включает в себя уравнения Максвелла и уравнение Ландау-Лифщица для намагниченности На основании решения этой системы получены дисперсионные уравнения, связывающие волновые векторы распространяющихся в среде волн с их частотой, при учете электромагнитно -спинового взаимодействия в геометрии Фарадея

{к1-к1){к1-ее)-^=о, (2)

где к^± = (±со — озг0 )/£>, ке = Юл/ё/с — волновые числа невзаимодействующих спиновых и электромагнитных волн соответственно, знаки ± соответствуют право - и левополяризованным волнамам, 8 - диэлектрическая проницаемость магнетика, = g(И0 + Нл) - частота, определяемая суммарной анизотропией (в точке ОФП ю10 =0 или Н0=-НА=-2К/М0 в законе дисперсии невзаимодействующих спиновых волн волновые числа при со = 0 обращаются в нуль), Н0 - постоянное внешнее магнитное поле, К - первая константа кубической анизотропии, М0 — намагниченность насыщения, сои = 4 щМй -частота определяемая электромагнитно-спиновым взаимодействием (или дипольным взаимодействием, т.е взаимодействием переменной намагниченности ФМ с магнитной компонентой переменного электромагнитного поля), % — гиромагнитное отношение, D = gM0а, а -постоянная неоднородного обмена; в геометрии Фойгта

(^-¿ЙХ*2 -4)(*2 (3)

где к2 2 = / 2 - coJO ± ат /2)2 + ю2 J/ D - волновые числа

невзаимодействующих спиновых волн

Во вторую очередь, исследование предполагает нахождение корней дисперсионного уравнения и, совместно с граничными условиями, аналитический и численный расчет магнитной проницаемости и КО ЭМВ

Д = |ЭДЛй|2 (4)

Система граничных условий представляла собой условия непрерывности тангенциальных составляющих векторов напряженности и нормальных компонент векторов индукции электрического и магнигного полей на границе ФМ, равенства нулю производной намагниченности на поверхности воздух — феррит Из данной системы определяется амплитуда отраженной ЭМВ, в дальнейшем используемая для расчета КО ЭМВ по формуле (4)

На основе аналитического решения полученных дисперсионных уравнений (2), (3) и выражения для КО (4) показано, что для ферродиэлектрика в геометрии Фарадея при выполнении условия г«с2 '(4сот£>) и в геометрии Фойгта при выполнении соотношений s«с2 /(4шт£>) и со2 - (i>m(Qso )| > j2co^/so^D / с j в рассматриваемом диапазоне частот (ю<1015

рад/с) связанную систему уравнений Ландау-Лифшица и Максвелла можно свести к обычной электродинамической задаче (уравнениям Максвелла с соответствующими граничными условиями) с известной зависимостью эффективной магнитной проницаемости от частоты и параметров ферромагнетика ц = /(со2 -ююоои^ - в геометрии Фойгта и

(х± = (l - com / (±а> - сом )) ~ в геометрии Фарадея Показано, что эффективная

магнитная проницаемость и КО вблизи ОФП (a>so«(üm ) имеют резонансные особенности на частотах ферромагнитного резонанса (ФМР) когда \х -> со при со г» соот - в геометрии Фарадея и при <а ¡» y¡<üso(om - в геометрии Фойгта, а также магнитостатического резонанса (МСР) когда ¡1 = 0 при a>¡wa>m Численные расчеты дисперсионных кривых и частотных зависимостей КО ЭМВ подтверждают данные выводы

Расчеты проводились при следующих типичных значениях параметров феррита- g=2х107 с"'э ', а=10"12 см2, М0=500 Гс, е=10 Значения постоянного внешнего магнитного поля и константы кубической анизотропии брались такими, чтобы в образце создавались условия, близкие к ОФП («сот и Сйга = 0) при которых магнитная проницаемость может принимать аномальные значения Получено, что КО ЭМВ от поверхности феррита в точке ОФП принимает аномально большое значение (равен единице) в широком диапазоне частот - от 0 до сотен ГГц (рис 1) Найдено значение внешнего магнитного поля, при которых в области частот cd«coso КО ЭМВ равен нулю Это значение определяется из формулы = com /(s -1)

се о,о-1,0 -

0,5-

0,5 -

ь

0,0-

8

10

12

|дИ

Рис. 1. Частотные зависимости КО ЭМВ от поверхности полубесконечного фёрродиэлектрика в геоме/чрии Фойгта: а) вблизи ОФП при И0 = 4050 Э, ал а 10юрад/с; Ъ) в точке ОФП (Н0 = 4000 Э. ат=0)

Вторая глава посвящена исследованию КО ЭМВ от поверхности помещенного во внешнее магнитное поле полубесконечного ФМ кубической симметрии в геометрии Фарадея при учете изменения угла падения ЭМВ. В отличие от первой глазы здесь учитывается магнитоупругое взаимодействие, поэтому система уравнений, описывающая распространение связанных спиновых, упругих и электромагнитных волн в ФМ, включает в себя дополнительно уравнения теории упругости. Из данной системы уравнений, совместно с выражением для плотности свободной энергии ФМ методом малых колебаний впервые найдено дисперсионное уравнение при учете наклонного падения. Решения данного уравнения затем подставлялись в систему граничных условий, в которой добавлено уравнение, учитывающее отсутствие напряжений на поверхности воздух - ФМ.

Приведены результаты численных расчетов частотных и полевых зависимостей КО ЭМВ при различных значениях углов падения и поляризации ЭМВ, параметра затухания, постоянных анизотропии вблизи и в точке ОФП. Аналитически определены углы, при которых КО ЭМВ в определенных диапазонах частот может принимать максимальные и минимальные значения. Показано, что магнитная проницаемость на резонансных частотах и между ними зависит от углов падения и поляризации. Получено, что КО существенно зависит от углов поляризации и падения ЭМВ (рис. 2). В частности, КО равен нулю при угле поляризации <р=90°, угле падения ЭМВ 9 «71° на больших частотах за областью резонансов со »сот и при ф=0, 0 а 73° в области низких частот со « со .

уо

< 0.6

0,2

0.4

0,8

3

2

4

б

8

10

12

ig(®)

Рис. 2. Частотная зависимость коэффициента отражения ЭМВ R± (ф = 90*) от поверхности феррита вблизи от точки ОФП при Я0 =4050Э, К = -106эрг/см3, угол падения :1) 0=0°; 2) 0=453) 9=60 4) 0=85°

Магнитоупругое взаимодействие имеет существенное влияние на КО вблизи ОФП (cöso «о)ше, ате = gM0Qme - частота магнитоупругой щели в спектре квазиспиновых волн, С,т = В] / М\Сн - безразмерный параметр магнитоупругой связи, В2 - константа магнитострикции, С44 - модуль упругости кристалла) на малых частотах и при определенных углах падения и поляризации (рис. 3). В точке ОФП на частотной зависимости КО ЭМВ отчетливо проявляются три резонаса — ФМР (со=0), магнитоакустический (MAP, co=(ome) и MCP (co=com) (рис. 3).

Параметр затухания в магнитной подсистеме оказывает существенное влияние на коэффициенты отражения, прохождения и поглощения в основном в области частот ФМР.

Третья глава посвящена исследованию отражения от слоистых структур проводящий ФМ - ФМ диэлектрик и ФМ - немагнитный проводник (НМЛ) -ФМ.

В первой части главы рассмотрена периодическая структура, состоящая из чередующихся N слоев феррита и проводящего ферромагнетика, в геометрии Фойгта, находящаяся в вакууме в однородном внешнем магнитном поле. Отличие данной задачи от рассмотренной в главе I состоит в наличие границ раздела ФМ диэлектрик-проводящий ФМ. При этом внутри магнетика помимо волн, распространяющихся в одном направлении с падающей, будут распространяться волны в противоположном направлении. В ходе исследования, для описания связанных волн, распространяющихся в ферромагнетике, были использованы материальные уравнения, а также

обозначения и приближения, введенные в главе I. К граничным условиям главы I добавлялось условие равенства производных намагниченностей на границах раздела ФМ диэлектрик-проводящий ФМ. Расчет отражения ЭМВ проводился методом матриц переноса, подробно описанного в [10].

|д(®)

Рис. 3. Частотная зависимость коэффициента отражения ЭМВ R,\ (ф = 0°) от поверхности феррита в точке ОФП = 0 при Н0 = 4000 Э, К = — 106эрг/см\ угол падения 9=80°; 1) с учетом магнитоупругого взаимодействия В2 = 107эрг/см3, Сы =5x10" 3pr/CMJ (<оте = 8х106 рад/с), 2) без учета магнитоупругости.

Компоненты интегральной магнитной восприимчивости (ИМВ) рассматриваемой структуры для каждого магнитного слоя у™> определяются как коэффициенты пропорциональности между компонентами интегральной

^ I

намагниченности и компонентами внешнего магнитного поля (х , =— \M(z)dz).

' Vo

Для всей структуры в целом восприимчивость xmlv имеет вид

i 6f'' т{п) i 6N т<n) 1 "

Показано, что КО и изменение фазы ЭМВ существенно зависят от электропроводности проводящих ФМ слоев, толщины слоев, а также от их соотношения. В частности влияние электропроводности отчетливо проявляется на изменении фазы ЭМВ в области ФМР, а влияние толщины слоев - в области размерных резонансов. Данные результаты могут представлять интерес с практической точки зрения, когда по известным графикам частотной зависимости изменения фазы ЭМВ и КО отражения можно говорить о наличии в структуре различных слоев, в данном случае, ФМ металлических и ФМ диэлектрических. Такая ситуация имеет место, например, в манганитах при фазовом расслоении.

Во второй части рассмотрена периодическая структура, состоящая из взаимодействующих между собой диэлектрических ФМ слоев разделенных немагнитными проводящими прослойками. Магнитную часть энергии многослойной структуры в расчете на единицу площади можно записать следующим образом [11]

л=! и=1

где г - плотность магнитной энергии п - го ФМ слоя, —энергия межслойного взаимодействия между ними. Энергия взаимодействия между ФМ слоями учитывается в рамках модели биквадратичного межслойного обмена

[И]

^ ЕЖ. (7)

Здесь J¡ и - константы билинейного и биквадратичного обмена. Отметим, что поскольку ФМ слой внутри структуры взаимодействует одновременно с двумя соседними ФМ слоями, а первый и последний ФМ слои взаимодействуют лишь с одним соседним ФМ слоем, то энергия межслойного взаимодействия первого и последнего слоев в два раза меньше, чем для внутренних слоев. Получены частотные зависимости ИМВ и КО ЭМВ с учетом и без учета межслойного взаимодействия при разном количестве слоев вблизи и в точке ОФП (рис. 4).

|д N

Рис. 4. Зависимость реальной части х= компоненты ИМВ (а, с) и КО ЭМВ (Ь, ф от частоты для различных значений внешнего магнитного поля Н. а, Ь: 1 - вблизи ОФП Н=3.99 Э, пунктирная кривая (невзаимодействующие слои); Н=6.9 Э, сплошная кривая (взаимодействующие слои); 2-е точке ОФП Н=4 Э, пунктирная кривая, Н— л/48 Э, сплошная кривая, с, с/ - вдали от ОФП Н= 1 Э. К1=103 эрг/см3, толщина слоев 1=10'4 см, проводимость НМП ст„, = 2.5 х 10" с"1, N=8.

Анализ частотных зависимостей КО от многослойной структуры, показал, что в точке ОФП КО может принимать аномально малые значения в области низких частот (рис 4Ь) Вдали и вблизи ОФП КО принимает аномально малые значения в области ферромагнитных резонансов в слоях (рис 4с1) Увеличение числа слоев приводит к увеличению числа резонансных пиков интегральной магнитной восприимчивости, КО и уширению некоторых из них, за счет наложения пиков друг на друга Это обусловлено тем, что резонансы от ФМ слоев отличаются по частоте из-за различия величины межслойного взаимодействия для внешних и внутренних слоев Полученные результаты могут представлять интерес с практической точки зрения при конструировании устройств, в которых необходимо смещать резонансные частоты или включать новые, на которых магнитная проницаемость принимает аномальные значения

Четвертая глава посвящена теоретическому исследованию поглощения электромагнитных волн (ЭМВ) в структуре немагнитный проводник (НМП)-ферромагнетик (ФМ) В первой части аналитически рассмотрено поглощение ЭМВ в структуре НМЛ - полубесконечный ФМ в геометрии Фойгта когда магнитная проницаемость ФМ имеет вид ¡х/т -(1-а2т / (о2 - сот(от ))

Показано, что вблизи ОФП при со10«сот на частотах со «сот ЭМВ полностью поглощается в НМЛ слое при определенном соотношении проводимости С5ме и толщины с1Ме этого слоя

с/( 4пс1МеаМе) = 1, (8)

с — скорость света в вакууме

На практике используются материалы конечных размеров, поэтому во второй части исследовано поглощение ЭМВ в структуре НМЛ - ФМ (толщина ФМ слоя — с1ут). Численно рассчитан коэффициент поглощения (КП) для

структуры НМП-ФМ на основе теории связанных спиновых и электромагнитных волн в ФМ, рассмотренной в третьей главе (рис 5) При расчетах для проводимости и толщины НМЛ слоя использовались значения = 2 4х1016с"1, <4/е=Ю7 см, удовлетворяющие соотношению (8) с/(4кс1МеаМе) = 1 Показано, что, действительно, вблизи ОФП КП равен единице в широкой области частот, которая становится особенно большой в точке ОФП (рис. 5)

Приведены также результаты численных расчетов частотных зависимостей КП ЭМВ при различных значениях толщины, постоянных анизотропии и намагниченности ФМ вблизи и в точке ОФП Аналитически получен диапазон частот, в котором КП ЭМВ близок к единице.

ст!а 1{АпёМас1м ) « ш « 4л£М0 (9)

Из (9) видно, что этот диапазон определяется значениями внешнего магнитного поля и поля анизотропии, так как сом = g(H(¡ + #,)> а также намагниченности ФМ

Рис. 5. Зависимость КП ЭМВ всей структуры (а, с) и действительной компоненты амплитудного КО ЭМВ отдельного полупроводящего ФМ слоя rL (b, d) от частоты для различных значений внешнего магнитного поля Н. a, b: 1 — вблизи ОФП Н=3.99 Э Сви =2х105рад/с); 2-е точке ОФП Н=4 Э (изт =О); с, d - в отсутствии поля (а>,0 =8х107рад/с/ М0=500 Гс, К=103 эрг/см3, ст^ = 10юс"\ dfm=0.1 см.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. Показано, что для ферродиэлектрика в геометрии Фарадея при выполнении условия е«е2/(4шт£>) и в геометрии Фойгта при

выполнении соотношения |(ю2-сотсоет)|>|2(ол/ёсо^О/<; | в

рассматриваемом диапазоне частот ю<1015 рад/с связанную систему уравнений Ландау-Лифшица и Максвелла можно свести к обычной электродинамической задаче (уравнениям Максвелла с соответствующими граничными условиями) с известной зависимостью эффективной магнитной проницаемости от частоты и параметров

ферромагнетика: |i = (l-со2 /(со2- в геометрии Фойгта и ц± = (l - com/(±со - cos<) )) - в геометрии Фарадея (знаки ± соответствуют

право - и левополяризованным ЭМВ). Получено, что диапазон частот, в котором коэффициент отражения может принимать аномально большие и малые значения в геометрии Фойгта существенно больше, чем в геометрии Фарадея.

2. Теоретически продемонстрирован простой способ возможности существенного увеличения и уменьшения КО ЭМВ от поверхности

полубесконечного феррита для экспериментально достижимых значений частот, магнитных полей, параметра релаксации, углов падения и поляризации Показано, что в области между резонансами оом < со < юи магнитная проницаемость зависит от угла падения ЭМВ КО зависит от угла падения и поляризации на всем диапазоне частот, в частности, КО равен нулю при угле поляризации <р=90°, угле падения ЭМВ 9 ~ 71° на больших частотах за областью резонансов со »сот + сога + юте и при ф=0, 9 ~ 73" в области низких частот со«т10 Магнитоупругое взаимодействие имеет существенное влияние на КО вблизи и в точке ОФП (соот « а>те) на малых частотах и при определенных углах падения

и поляризации, как, например, при ср = 0° и 0 > 70"

3 Проведено исследование интегральной магнитной восприимчивости (ИМВ) и КО ЭМВ слоистой структуры, состоящей из взаимодействующих между собой диэлектрических ФМ слоев разделенных немагнитными проводящими прослойками Получено, что при наличии межслойного взаимодействия область существования антиферромагнитного состояния в слоистой структуре во внешнем магнитном поле увеличивается, а также происходит смещение резонансных особенностей ИМВ и КО Показано, что в точке ОФП КО может принимать аномально малые значения в области низких частот Увеличение числа слоев приводит к увеличению числа резонансных пиков ИМВ, КО и уширению некоторых из них, за счет наложения пиков друг на друга Отмечено, что в области резонансов и в точке ОФП наблюдается полное поглощение ЭМВ при определенном соотношении проводимости и толщины немагнитных проводящих прослоек

4 Впервые теоретически продемонстрирован качественно новый способ поглощения ЭМВ в структуре немагнитный проводник (НМЛ) -ферромагнетик (ФМ) Определены условия на характеристики НМЛ и ФМ, при которых происходит полное поглощение ЭМВ, а также диапазон частот, в котором оно наблюдается Численно рассчитаны частотные зависимости КП ЭМВ от двухслойной структуры НМЛ - пластина ФМ, в которой для толщины (1Ме и проводимости аМе НМЛ слоя выполняется соотношение с / {^яс1шаш)»1 Показано, что КП равен единице в области частот шso/^4ngM0d/hl^«(й «4жgM0, что имеет важное

значение с прикладной точки зрения - подобные системы могут быть использованы при создания уникально новых тонких покрытий, поглощающих как низкочастотные, так и высокочастотные ЭМВ Для этой цели необходимо на слой ферромагнетика, в котором созданы условия, такие, что магнитная проницаемость много больше диэлектрической нанести немагнитный проводник определенной толщины

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Островский О С , Одаренко Е Н , Шматько А А Защитные экраны и поглотители электромагнитных волн//ФИЛ, 2003,Т 1,№2, С 161-173

2 Материалы для защиты от электромагнитных полей // Журнал депонированных рукописей, октябрь, 2002, №10

3 Казанцева Н Е , Рывкина Н Г, Чмутин И А Перспективные материалы для поглотителей электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона // РЭ, 2003, Т 48,№ 2, С 196-209

4 Бабушкин А В, Бучельников В Д, Бычков И В Отражение электромагнитных волн от поверхности феррита кубической симметрии // ФТТ, 2002, Т 44, № 12, С 2183

5 Бучельников В Д, Бабушкин А В, Бычков И В Отражение электромагнитных волн от поверхности пластины феррита кубической симметрии//ФТТ, 2003, Т 45, №4, С 663.

6 Babushkm А V, Buchelmkov V D, Bychkov IV The reflection of electromagnetic waves at the surface of ferromagnetic insulator/non-magnetic metal layer structure // JMMM, 2002, Vol 242-245 P2, pp 955-957

7 Мухин A A, Прохоров А С Магнитная спектроскопия антиферромагнитных диэлектриков Редкоземельные ортоферриты // Труды ИОФ АН СССР, 1990, Т 25, С 162-222

8 Nie Y, Не Н Н, Gong R.Z., Zhang X С The electromagnetic characteristics and design of mechanically alloyed Fe-Co particles for electromagneticwave absorber // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, doi 10 1016/jjmmm 2006.07.021

9 Ghasemi A Hossienpour A, Monsako A, Saatchi A, Salehi M Electromagnetic properties and microwave absorbing characteristics of doped barium hexaferrite // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, Vol 302, pp 429-435.

10 БорнМ., Вольф Э Основы оптики М Наука, 1973

11 Дровосеков А Б, Жотикова О В и др Неоднородные моды ферромагнитного резонанса в сверхрешетках [Fe/Cr]n с большой величиной биквадратичного обменного взаимодействия // ЖЭТФ 1999 Т 116, №5, С 1817-1833

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Л H Бутько, В.Д. Бучельников, ИВ Бычков Коэффициент отражения электромагнитных волн от феррита при наклонном падении // Тезисы XXX Международной зимней школы физиков-теоретиков «Коуровка-2004» -Дальняя дача, г Кыштым,22 - 28 февраля 2004 г С 125

2 В.Д Бучельников, И В. Бычков, Л H Бутько, С В Таскаев, А В Бабушкин Отражение электромагнитных волн от феррита при наклонном падении // Сборник трудов ХП международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике - Москва (Фирсановка), 19-21 декабря 2003 г, С 192-209

3 В Д Бучельников, И В Бычков, Л H Бутько Отражение электромагнитных волн от феррита при наклонном падении и с учетом релаксации // Сборник трудов ХШ международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике.- Москва (Фирсановка), 19-21 ноября 2004 г., С 178-194

4 В Д. Бучельников, И.В. Бычков, Л H Бутько. Отражение электромагнитной волны периодической магнитной структурой, с взаимодействующими между собой ферромагнитными слоями // Сборник трудов VII международного семинара - Махачкала, Институт физики, ДагНЦ РАН Республика Дагестан, Россия, 21-24 ноября 2005 г, С 46-49

5. ИВ Бычков, В.Д Бучельников, Л H Бутько, Е M. Селиванова, В А Рыжов Распределение электромагнитного поля в манганитах находящихся в фазово разделенном состоянии // Тезисы XXXI Международной зимней школы физиков-теоретиков «Коуровка-2006» - Дальняя дача, г Кыштым, 19 - 25 февраля 2006 г., С 69

6 Л H Бутько, В Д Бучельников, И В Бычков Отражение электромагнитных волн от структуры, состоящей из чередующихся проводящих и диэлектрических ферромагнитный слоев // Сборник тезисов всероссийской научной конференции «Математика. Механика Информатика» - ЧелГУ, г Челябинск, 19 -22 сентября 2006 г С 24.

7 Л Н. Бутько, В.Д Бучельников, И В Бычков Отражение электромагнитных волн от многослойной структуры ферромагнетик - проводник -ферромагнетик // Тезисы докладов VI Региональной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии - Уфа: РИО БашГУ, 26 - 27 октября 2006 г. С 101-102

8. Л H Бутько, ВД Бучельников, И.В Бычков, В Г Шавров Отражение электромагнитной волны от периодической структуры, содержащей ферромагнитные слои// Журнал радиоэлектроники, 2007, № 3, http //ire cphre ru/ire/mar07/3/text html

9 LNButko, V D Buchelmkov, IVBychkov Spectrum of coupled spm and electromagnetic waves propagating m a penodic magnetic structure upon modulation of ail parameters of layers // The abstracts of International Symposium "Spin Waves 2007", 16-19 June, 2007, St Petersburg, p 85

10 Bychkov I V , Buchelnikov V D , Butko LN Reflection of the electromagnetic wave from surface of structure of metal-ferromagnetic, International Conference on Functional Materials, Partemte, Ukraine, 1-6 October, 2007 г, P 146

11 JIH Бутько, В Д Бучельников, И В Бычков, В Г Шавров Отражение электромагнитных волн от слоистой структуры ферромагнетик — немагнитный проводник -ферромагнетик // Радиотехника и Электроника, 2007, Т 52, № 11, С 1-11

Подписано в печать^" ' С. &Формат 60x84 уи Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ. л 1,1 Уч-изд л 1,0 Тираж 100 экз Заказ № / ^ / Бесплатно.

Челябинский государственный университет 454021 Челябинск, ул Бр Кашириных, 129

Издательско-полиграфический центр Челябинского государственного университета 454021 Челябинск, ул Молодогвардейцев, 576

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I.

ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУБЕСКОНЕЧНОГО ФЕРРОМАГНЕТИКА КУБИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ ПРИ НОРМАЛЬНОМ ПАДЕНИ.

1.1. ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУБЕСКОНЕЧНОГО ФЕРРОМАГНЕТИКА В ГЕОМЕТРИИ ФАРАДЕЯ БЕЗ УЧЕТА МАГНИТОУПРУГОЙ СВЯЗИ.

1.1.1. Энергия и основное состояние кубического ферромагнетика.

1.1.2. Спектр взаимодействующих колебаний ферромагнетика.

1.1.3. Коэффициент отражения от поверхности полубесконечного ферродиэлектрика в геометрии Фарадея без учета магнитоупругой связи.

1.1.4. Частотная зависимость.

1.2. ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУБЕСКОНЕЧНОГО ФЕРРОМАГНЕТИКА В ГЕОМЕТРИИ ФОЙГТА БЕЗ УЧЕТА МАГНИТОУПРУГОЙ СВЯЗИ.

1.2.1. Спектр взаимодействующих колебаний ферромагнетика.

1.2.2. Коэффициент отражения от поверхности полубесконечного ферродиэлектрика в геометрии Фойгта без учета магнитоупругой связи.

1.2.3. Частотная зависимость.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА II.

ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПРОВОДЯЩЕГО ФЕРРИТА ПРИ НАКЛОННОМ ПАДЕНИИ.

2.1. Энергия и основное состояние кубического ферромагнетика при учете магнитоупругого взаимодействия.

2.2. Спектр взаимодействующих колебаний феррита.

2.3. Коэффициент отражения электромагнитных волн.

2.3.1. Частотная зависимость коэффициента отражения.

2.3.2. Полевая зависимость коэффициента отражения.

2.4. Отражение электромагнитных волн от поверхности полубесконечного феррита при наклонном падении с учетом релаксации.

2.4.1. Спектр взаимодействующих колебаний феррита.

2.4.2. Расчет коэффициента отражения электромагнитных волн.

2.4.3. Частотная зависимость коэффициента отражения.

2.4.4. Полевая зависимость коэффициента отражения.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ II.

ГЛАВА III.

ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ОТ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ СЛОИ.

3.1. ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ОТ СТРУКТУРЫ, СОСТОЯЩЕЙ ИЗ ЧЕРЕДУЮЩИХСЯ ПРОВОДЯЩИХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СЛОЕВ.

3.1.1. Граничные условия.

3.1.2. Частотная зависимость.

3.2. ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОТ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ ФЕРРОМАГНЕТИК - НЕМАГНИТНЫЙ ПРОВОДНИК -ФЕРРОМАГНЕТИК.

3.2.1. Случай двух ФМ слоев.

3.2.2. Случай многослойной структуры.

3.2.3. Обсуждение результатов.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ III.

ГЛАВА IV.

ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В СТРУКТУРЕ

НЕМАГНИТНЫЙ ПРОВОДНИК - ФЕРРОМАГНЕТИК.

4.1. ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОТ ПОВЕРХНОСТИ СТРУКТУРЫ НЕМАГНИТНЫЙ ПРОВОДНИК

ПОЛУБЕСКОНЕЧНЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИК.

4.2. ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОТ ПОВЕРХНОСТИ СТРУКТУРЫ НЕМАГНИТНЫЙ ПРОВОДНИК

ФЕРРОМАГНЕТИК.

4.2.1. Обсуждение результатов.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ IV.

Физика магнитных явлений до сих пор остается одной из актуальных областей физики конденсированного состояния. В течение нескольких последних десятилетий в ней были сделаны новые открытия: эффекты гигантского и колоссального магнитосопротивления, магнитная силовая микроскопия, гигантский магнитокалорический эффект, эффекты сильного проявления относительно слабых взаимодействий в области фазовых переходов [1] и т.д. Эти открытия касались как статических, так и динамических свойств магнетиков. В частности, было предсказано аномально большое и аномально малое отражение электромагнитных волн (ЭМВ) от поверхности магнетиков. Электродинамические свойства магнитоупорядоченных сред во многом определяются величиной магнитной проницаемости. Известно, что в магнетиках динамическая магнитная проницаемость может зависеть от многих внешних параметров: частоты и угла падения ЭМВ, внешнего магнитного поля, температуры, магнитоупругих взаимодействий, структуры среды; а также от многих внутренних характеристик: намагниченности, суммарной анизотропии и т.д. Она может принимать аномально большие или малые значения в области различных резонансов. Как известно соотношение магнитной и диэлектрической проницаемости среды определяет ее электродинамические свойства, ее импеданс. Этими особыми свойствами поведения магнитной проницаемости в магнитоупорядоченных средах можно воспользоваться для создания сред с уникальной отражательной и поглощающей способностью. Например, коэффициент отражения (КО) при нормальном падении электромагнитной волны из вакуума на границу среды с отличными от единицы диэлектрической е и магнитной ц проницаемостями определяется формулой

R = л/Ё-д/ц'2 л/ё + д/ц

Как видно, уменьшение коэффициента отражения может быть достигнуто, если добиться равенства диэлектрической и магнитной проницаемостей вещества (б = ц), а увеличение - при выполнении неравенства г » ц, либо £ « ц. Коэффициент отражения также равен единице, когда динамическая магнитная проницаемость диэлектрических магнетиков отрицательна.

Исследования отражательной способности различных веществ являются актуальными по настоящее время в связи с потребностью в высокоотражающих и поглощающих электромагнитное излучение материалах, которые широко применяются в измерительной и контрольной технике, технике связи, радиолокации, медицине и других областях науки и техники. В основном они применяются для снижения радиолокационной заметности объектов. Перспективными, в данной области, являются материалы, сочетающие в себе диэлектрические и магнитные свойства [2].

Увеличение или уменьшение коэффициента отражения может быть достигнуто путем уменьшения диэлектрической проницаемости веществ (в идеальном случае до единицы), либо увеличением статической магнитной проницаемости за счет создания искусственных магнетиков с большой величиной \i (так называемые киральные магнетики [3-6]). В обоих случаях решение проблемы требует изменения состава и структуры вещества, что является довольно сложной задачей.

Коэффициент отражения электромагнитных волн от поверхности немагнитных твердых тел, а также, созданных на их основе слоистых структур, уже изучался в ряде работ (см. например [7-16]).В настоящее время существуют различные подходы к управлению коэффициентом отражения конструкционным путем.

Специализированные фирмы различных стран разрабатывают и выпускают широкую номенклатуру поглощающих электромагнитное излучение материалов (поглотители электромагнитных волн - ПЭВ).

Поглощающую способность ПЭВ принято характеризовать величиной коэффициента отражения R плоской монохроматической электромагнитной волны, падающей нормально на плоский бесконечный лист поглощающего материала. При решении ряда задач также важна зависимость коэффициента отражения от угла падения волны [17].

Основными характеристиками ПЭВ являются: максимальное значение модуля коэффициента отражения в пределах рабочего диапазона длин волн или рабочего диапазона частот.

Все известные ПЭВ можно классифицировать различными способами: по принципу действия: по используемым материалам; по типу конструкции; по ширине рабочего диапазона частот электромагнитного излучения.

Во многих областях применений одним из определяющих требований является широкополосность ПЭВ. Методам расчета широкополосных поглотителей посвящено большое количество работ. Их разработка представляет собой серьезную научную проблему [2]. Предлагаемые решения, как аналитические, так и полученные численными методами, устанавливают соотношения, связывающие коэффициент отражения (КО), длину волны X, толщину ПЭВ, комплексную диэлектрическую (ц=с' - /е") и магнитную (ц=ц'-ф") проницаемости. Задача создания ПЭВ в этом случае состоит в выборе тех решений, которые могут быть реализованы на практике.

Для создания ПЭВ используется ряд конструкторских решений, многослойные структуры, структуры с передней кромкой сложной формы, конструкции, включающие в свой состав дифракционные решетки, частотно селективные поверхности, диполи с активной нагрузкой, а также сотовые и ячеистые структуры. Так, например, в композиционных материалах на основе проводящих магнитных частиц железа сферической формы в диэлектрической матрице достигаются относительно малые значения диэлектрической и магнитной проницаемостей за счет скин-эффекта [18]. Относительно малые значения диэлектрической и магнитной проницаемостей такого материала связаны со слабым проникновением электромагнитного поля во внедренные частицы. Кроме этого, исследовался композиционный материал в виде многослойной структуры из диэлектрических пленок (лавсановых и полиамидных), на которые методами фотолитографии наносилась периодическая структура из изолированных квадратов (магнитных либо немагнитных) металлов [19]. В таком веществе было достигнуто значение эффективной магнитной проницаемости [ieff

30.

8ejf при значении эффективной диэлектрической проницаемости

В последнее время появились принципиально новые классы материалов, такие как проводящие полимеры, наноструктурные магнитные композиты, углеродные нанотрубки, позволяющие добиться заметных успехов при разработке тонких легких широкополосных ПЭВ.

При разработке поглощающих материалов их радиотехнические характеристики должны обеспечиваться при условии, что толщина и вес материала минимальны. Невозможно одновременно снижать оба эти параметра при сохранении рабочего диапазона частот. Если более важной задачей является снижение веса, целесообразно использовать ПЭВ с диэлектрическими потерями, если же более важным является уменьшение толщины поглотителя, предпочтительно использовать ПЭВ с магнитодиэлектрическими потерями. Это связано с тем, что на металлической поверхности электрическое поле обращается в нуль, в то время как магнитное поле достигает максимальной величины. Необходимо отметить также, что ПЭВ на основе материалов с магнитодиэлектрическими потерями менее чувствительны к отклонению толщины от заданной как по всей площади поглотителя, так и на отдельных участках. Кроме того, использование магнитных материалов позволяет снизить вклад в обратное рассеяние, связанный с краевой дифракцией и поверхностными волнами.

Задачам синтеза поглотителей и расчета их отражающих свойств посвящено большое число публикаций и патентов. По принципу действия ПЭВ, как правило, подразделяются на: интерференционные, использующие принцип взаимного гашения электромагнитных волн путем наложения в противофазе падающей и отраженной волны [20-29]; рассеивающие, в которых уменьшение отраженной энергии в одном направлении обязано ее рассеянию в других направлениях под различными углами; поглощающие, использующие преобразование энергии электромагнитной волны в другие виды энергии, как правило, в тепловую, за счет диэлектрических (s") и магнитных (ц") потерь материала [30-42]; комбинированные, сочетающие различные принципы действия в одном поглотителе,

С одной стороны исследуются конструкционные материалы, в которых уменьшается значение диэлектрической проницаемости е при сохранении величины магнитной проницаемости ц.

С другой стороны интенсивно исследуются новые композиционные материалы - киральные среды на основе ориентированных немагнитных спиральных проводящих витков, обладающих микроволновой магнитной проницаемостью, существенно превышающей по величине магнитную проницаемость традиционных композитов магнитного типа [3-6].

Среды, называемые киральными, обладающие пространственной дисперсией в отсутствие центральной симметрии, издавна известны как оптически активные. Киральными проявляют себя некоторые полимеры, биологические объекты, например ДНК, белки-коллагены, в молекулах которых расположение атомов имеет вид спиральных цепочек.

Активизация исследований киральных сред связана с созданием искусственных композитов со спиральными включениями, пространственно подобными упомянутым молекулам, для исследований в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне. В результате искусственные композиты стали применять в различных областях, например, в частотных и поляризационных СВЧ-фильтрах, преобразователях поляризации, неотражающих покрытиях в антенной и радарной технике [3]. Помимо композитов с проводящими спиральными включениями разрабатывались искусственные среды, содержащие включения с иными формами, такими как, например, комбинации планарных разрывных колец в многослойных структурах [3].

Особый интерес представляет исследование кирально-ферритовых сред, позволяющих осуществить сочетание свойств ферритовой и киральной сред и управление их параметрами с помощью внешнего магнитного поля

3].

Основой феноменологической теории киральных сред являются материальные уравнения, характерные для сред с пространственной дисперсией. Уравнения показывают, что ток, индуцируемый переменным магнитным полем в киральных элементах, образующих киральную среду, вызывает не только магнитный дипольный момент, но и электрический, а переменное электрическое поле индуцирует в таких элементах ток, который создает как электрический, так и магнитный дипольные моменты.

Для описания киральной среды (в основном это удается для несложных сред при невысокой концентрации включений и малых по сравнению с длиной волны геометрических размерах элемента) определяют электрический и магнитный дипольные моменты кирального элемента, используя его эквивалентную радиотехническую схему, а затем проводят усреднение с помощью функции распределения этих элементов в среде.

Взаимодействие с СВЧ-полями связано с возникновением циркулярных токов, которые наводятся как переменным электрическим полем, так и магнитным. Тепловые потери в спиральных витках при возникновении циркулярных токов, наведенных переменным магнитным полем, проявляются как магнитные потери, а среда с киральными включениями - как магнитодиэлектрик, несмотря на то что не содержит магнитных материалов. Киральные включения можно рассматривать как резонансные контуры с наличием не только активного, но и индуктивного и емкостного сопротивлений. Резонансная зависимость тока, наведенного переменным магнитным или электрическим полем, обусловливает резонансную зависимость эффективной магнитной и диэлектрической проницаемостей среды. При этом увеличение емкости уменьшает резонансную частоту и приводит к тому, что резонансные эффекты проявляются в элементах, много меньших длины волны. Свойства среды в основном определяются резонансными эффектами, поскольку вне резонанса практически отсутствуют поглощение и отражение. Магнитные свойства киральных сред, особенности магнитной и диэлектрической проницаемостей, связанные с наведенными циркулярными токами и магнитоэлектрическими взаимодействиями, являются предметом изучения многих работ.

Трудности теоретического описания кирально-ферритовой среды связаны с необходимостью учета большой концентрации спиралей и влияния связи феррита со спиралями. Это обстоятельство и то, что киральные среды выражены более сложной системой электромагнитных параметров, требует комплексных экспериментальных исследований физических эффектов.

Оказалось, что в области резонанса, в СВЧ-диапазоне, магнитная проницаемость таких композитов может достигать значений, близких к магнитной проницаемости магнитных металлов и ферромагнетиков. Кроме того, при определенной геометрии и ориентации образцов, киральные среды имеют близкие значения б и ц.

Однако данные материалы и системы (мультислои) не приемлемы для создания покрытий, способных полностью отражать, либо поглощать электромагнитные волны в наиболее интересном с практической точки зрения СВЧ-диапазоне, так как в данном интервале частот диэлектрическая проницаемость вещества не зависит от частоты, то есть остается постоянной, а магнитную проницаемость можно полагать равной единице. Поэтому коэффициент отражения от немагнитоупорядоченных веществ в указанном диапазоне частот можно считать постоянным, а его аномальное поведение наблюдать только на частотах порядка 1013 -1014 Гц.

Имеется и другая, более простая, возможность управления КО ЭМВ -за счет изменения динамической магнитной проницаемости магнитоупорядоченных веществ при постоянной диэлектрической проницаемости образца.

Динамическая магнитная проницаемость, как известно, может аномально возрастать или уменьшаться в области частот магнитных резонансов, которые лежат в СВЧ-дапазоне. Такое поведение ц обусловлено ее временной дисперсией [19]. При этом может резонансно зависеть от частоты и КО ЭМВ от поверхности магнетиков. Отмеченное явление наблюдалось экспериментально [43] при исследовании коэффициента отражения электромагнитных волн от диэлектрических антиферромагнетиков со слабым ферромагнетизмом (ортоферритов) в субмиллиметровом диапазоне.

При учете магнитоупругого взаимодействия в магнетиках наблюдается три резонанса - ферромагнитный (ФМР), магнитоакустический (MAP) и магнитостатический (МСР) [44]. Вблизи этих резонансов, как было уже сказано выше, должны наблюдаться аномалии магнитной проницаемости и, соответственно, КО ЭМВ. Вдали от ориентационного фазового перехода (ОФП) эти аномалии невелики. Кроме того, вдали от ОФП три перечисленных резонанса сливаются в один из-за большой величины эффективного поля анизотропии по сравнению с эффективными полями магнитострикции и намагниченности. Такое поведение КО ЭМВ как раз и наблюдалось в экспериментальной работе [46].

С физической точки зрения аномальное изменение скорости и КО ЭМВ обусловлено эффектом увеличения магнитной проницаемости при приближении к резонансным частотам ФМР, MAP и МСР, а также за счет зануления суммарной магнитной анизотропии в области ОФП при частотах, меньших частот указанных резонансов. В этих условиях внешние воздействия оказывают существенно более сильное влияние на различные свойства магнетиков. В связи с этим вблизи фазовых переходов имеет место сильное уменьшение коэффициента отражения (в теоретическом пределе до нуля) и его рост (практически до единицы) в точке фазового перехода. Величина коэффициента отражения, положение минимума и максимума зависят от соотношения между диэлектрической и магнитной проницаемостями.

Теоретическое исследование частотных и полевых зависимостей КО ЭМВ от поверхностей некоторых ферро и антиферродиэлектриков было проведено в ряде работ [47, 48]. В этих работах было впервые показано, что при учете магнитоупругого взаимодействия в области точек ОФП КО ЭМВ от поверхности полубесконечных ферро и антиферродиэлектриков может достигать аномально большого (вплоть до единицы) и аномально малого (вплоть до нуля) значений. Кроме того, в них было показано, что с помощью магнитного поля КО ЭМВ может быть практически обращен в ноль в широком диапазоне частот, вплоть до гигагерцового.

В последующих работах [48-51] аналитически и численно был исследован коэффициент отражения ЭМВ от поверхности полубесконечного ферромагнитного (ФМ) диэлектрика, пластины ФМ диэлектрика и структуры пластина ФМ диэлектрика - полубесконечный немагнитный металл с учетом магнитоупругого, электромагнитно - спинового, акусто - электромагнитного взаимодействий и релаксации в спиновой подсистеме. Были получены частотные и полевые зависимости коэффициента отражения ЭМВ при различных значениях параметра релаксации, постоянных магнитной анизотропии, магнитострикции и толщины пластины вблизи и в точке ОФП. Определены условия, при которых коэффициент отражения может принимать аномально малые (вплоть до нуля) и аномально большие (вплоть до единицы) значения. В частности, было показано, что при частотах, меньших частоты магнитоупругой щели, коэффициент отражения ЭМВ может принимать аномально малые значения. Для пластины кубического ФМ диэлектрика был предсказан размерный резонанс коэффициента отражения на упругих и спиновых волнах. Также было показано, что при нанесении на немагнитный металл слоя ФМ диэлектрика можно существенно уменьшить коэффициент отражения ЭМВ от такой системы. Все это говорит о принципиальной возможности управления за счет внешнего воздействия коэффициентом отражения ЭМВ от поверхности магнетиков в широком интервале частот.

В настоящее время проблема заключается в том, чтобы провести комплексные теоретические исследования отражения электромагнитных волн от поверхности магнитоупорядоченных веществ с целью выхода на практическое применение. Для этого необходимо рассмотреть более реальные объекты для приложений - образцы конечных размеров и слоистые (слоисто - периодические) структуры, содержащие магнитоупорядоченные среды и следует учесть наклонное падение электромагнитной волны.

Слоисто-периодические среды в многие годы вызывают постоянный интерес исследователей. Интерес к такого рода исследованиям связан с тем, что периодические структуры представляют собой новый тип искусственно создаваемых материалов. Свойствами таких структур легко управлять, изменяя состав слоев, их размеры, внешние параметры - магнитное поле, температуру, давление и т.д.

Комплексные теоретические исследования по изучению КО ЭМВ от поверхности магнитных веществ конечных размеров при изменении термодинамического состояния тела практически не проводились. Имеются в основном лишь работы по электродинамике [52], магнитным [53] и магнитооптическим свойствам магнетиков [54-56], а также по распространению электромагнитных волн в таких средах [57,58]. Однако в данных работах не рассматривалось отражение и прохождение электромагнитных волн.

Наиболее детально вопрос об отражении электромагнитных волн от слоистых систем рассмотрен в работах [59-61]. В работе [59] исследовано прохождение электромагнитных волны через бесконечную периодическую структуру сверхпроводник-диэлектрик, состоящую из чередующихся слоев диэлектрика и тонких слоев сверхпроводника второго рода. Наличие тонких слоев сверхпроводника учитывается введением соответствующего граничного условия. Получено дисперсионное соотношение для волн поперечной поляризации. Обнаружена резкая зависимость коэффициента отражения от угла падения волны, толщины сверхпроводящей пленки и величины внешнего магнитного поля. Высокие значения коэффициента отражения, резкая зависимость отражения от частоты падающей волны, угла падения и величины внешнего магнитного поля делают, как считают авторы, возможным создание на основе рассмотренных ими структур управляемых магнитным полем новых устройств с высокой избирательностью параметров (в частности, усилителей и фильтров).

В работах [60,61] рассмотрено прохождение нормально падающей электромагнитной волн через сверхструктуру из периодически повторяющихся магнитных и немагнитных слоев во внешнем магнитном поле, перпендикулярном поверхности данной системы. В качестве магнитных слоев были выбраны ферромагнетик [60] и антиферромагнетик [61]. В данном случае аномально уменьшение и возрастание КО ЭМВ наблюдалось на резонансных частотах в выражении для магнитной проницаемости. Управлять коэффициентом отражения, как было показано, можно за счет увеличение или уменьшения числа чередующихся слоев.

Все упомянутые выше теоретические работы, рассматривающие случай, когда управление КО ЭМВ идет за счет изменения динамической магнитной проницаемости магнитоупорядоченных веществ при постоянной диэлектрической проницаемости образца, были выполнены для случая нормального падения ЭМВ и в геометрии Фарадея. Аномальное уменьшение или возрастание КО ЭМВ наблюдалось в ограниченных диапазонах частот.

Также указанные работы в основном были посвящены отражению ЭМВ. С целью выхода на практическое применение необходимо продолжить исследование КО ЭМВ от магнитоупорядоченных сред с разным направлением эффективного поля анизотропии (намагниченности) и при наклонном падении ЭМВ, так как все эти условия могут существенно повлиять на частотный диапазон, в котором КО может равняться единице или нулю. Следует рассмотреть структуры, содержащие магнитоупорядоченные среды, в которых возможно полное поглощение ЭМВ, так как из них можно создавать радиопоглощающие покрытия.

ЦЕЛИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Целями диссертации, как следует из вышеперечисленных проблем, являются:

1. Теоретическое исследование магнитной проницаемости и КО связанных спиновых и электромагнитных волн в ферромагнитных кристаллах кубической симметрии в магнитном поле вдали и в области ОФП с разным направлением намагниченности, в частности в геометрии Фарадея и Фойгта.

2. Теоретическое исследование влияния угла падения ЭМВ на магнитную проницаемость и КО с учетом магнитоупругого и электромагнитно-спинового взаимодействий, затухания спиновых волн в точке ОФП и вблизи ОФП.

3. Теоретическое исследование отражения ЭМВ от слоистых систем, с учетом связи спиновых и электромагнитных волн, а также с учетом межслойного взаимодействия.

4. Теоретическое исследование поглощения ЭМВ в структуре немагнитный металл-ферромагнетик и выработка предложений по созданию и практическому применению такого поглощающего материала.

5. Разработка и создание программ, позволяющих численно рассчитывать КО и коэффициент поглощения (КП) ЭМВ от поверхностей систем, содержащих магнитоупорядоченные среды.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы состоит в том, что:

1. Проведен анализ законов дисперсии связанных спиновых и электромагнитных волн в кубическом диэлектрическом ферромагнетике (ФМ) в геометрии Фарадея и в геометрии Фойгта. Определены выражения для магнитных проницаемостей ФМ в обеих геометриях. Показано, что в обеих геометриях при типичных значениях параметров ФМ задача о связанных волнах может быть сведена к обычной электродинамической задаче с известными выражениями для магнитной проницаемости. Получено, что в геометрии Фойгта диапазон частот, в котором возможно аномальное изменение КО ЭМВ значительно больше, чем в геометрии Фарадея.

2. Впервые получены частотные и полевые зависимости КО ЭМВ при различных углах падения и поляризации ЭМВ. Показано, что КО зависит от угла падения и поляризации на всем диапазоне частот, магнитная проницаемость - только в области резонансов. Предложен способ управления КО ЭМВ от поверхности магнитоупорядоченных сред с помощью изменения углов падения и поляризации.

3. Проведено исследование интегральной магнитной восприимчивости (ИМВ) и КО ЭМВ от слоистой структуры, состоящей из взаимодействующих между собой диэлектрических ФМ слоев разделенных немагнитными проводящими прослойками. Показано, что увеличение числа слоев за счет межслойного взаимодействия приводит к увеличению числа резонансных пиков ИМВ (магнитной проницаемости), КО и уширению некоторых из них, за счет наложения пиков друг на друга.

4. В структуре немагнитный проводник (НМЛ) - ФМ теоретически предсказан и проанализирован качественно новый эффект полного поглощения ЭМВ в немагнитном металле при определенном соотношении его проводимости и толщины в области частот, в которой магнитная проницаемость ФМ много больше диэлектрической. Данная структура теоретически имеет уникальные характеристики, не имеющие аналогов, т.к. сохраняет поглощающую способность, как для низкочастотных, так и для высокочастотных электромагнитных полей даже при малых толщинах, состав такой структуры достаточно прост. Предложена схема по проведению эксперимента для наблюдения обнаруженного эффекта поглощения и созданию высокопоглощающего материала.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Результаты, полученные по исследованию КО ЭМВ от поверхности структур, содержащих магнитоупорядоченные среды, расширяют представление о способах изменения и управления КО и КП ЭМВ. Они могут иметь большое практическое значение при создании для промышленных и лабораторных целей высокоотражающих и не отражающих материалов, а также могут быть использованы при создании новых уникальных покрытий, поглощающих как низкочастотные, так и высокочастотные ЭМВ.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Результаты аналитического и численного исследования магнитной проницаемости, коэффициента отражения электромагнитных волн от поверхности:

• полубесконечного феррита в геометрии Фойгта;

• полубесконечного ферромагнетика в геометрии Фарадея при наклонном падении;

• слоистой периодической структуры проводящий ферромагнетик - диэлектрический ферромагнетик;

• слоистой структуры, состоящей из взаимодействующих между собой диэлектрических ФМ слоев разделенных немагнитными проводящими прослойками.

2. Результаты аналитического и численного исследования коэффициента поглощения электромагнитных волн от поверхности:

• структуры немагнитный проводник - ферромагнетик

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международной школе-симпозиуме физиков-теоретиков «Коуровка», Екатеринбург-Кыштым, 2004, 2006 гг.; Региональной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии, Уфа, 2006 г.; Всероссийской научной конференции «Математика. Механика. Информатика», Челябинск, 2006 г.; XII и XIII Международных конференциях по спиновой электронике и гировекторной электродинамике, Москва (Фирсановка), 2003, 2004 гг.; VII Международном семинаре по физике фазовых переходов, Махачкала, 2005 г.; International Symposium "Spin Waves 2007", St. Petersburg, 16-18 June, 2007 г.; International

Conference on Functional Materials, Partenite, Ukraine, 1-6 October, 2007 г.; Научных семинарах кафедры физики конденсированного состояния ЧелГУ.

Работа по теме диссертации выполнялась при финансовой поддержке 2-ух грантов Правительства Челябинской области 2004 и 2005 г., урчел04-02-96059 и гранта РФФИ-Урал 070296030.

ПУБЛИКАЦИИ И ЛИЧНЫЙ ВКЛАД. Основное содержание диссертации отражено в 11 печатных изданиях, включающих 5 статей (из них одна в журнале из списка ВАК) и 6 тезисов докладов на научных конференциях. Общий список публикаций приведен в конце автореферата. В совместных публикациях вклад автора заключается в непосредственном участии в постановке задач, в получении аналитических решений, в создании и использовании программ для численных расчетов, непосредственном проведении расчетов и получении результатов, а также в интерпретации полученных результатов и написании статей

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 160 страниц текста, включая 46 рисуноков и список цитированной литературы, содержащий 98 наименований.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ IV

В данной главе теоретически продемонстрирован качественно новый способ поглощения электромагнитной волны, с использованием результатов полученных в предыдущих главах.

Из формулы (4.5) видно, что полное поглощение ЭМВ в структуре НМЛ - ФМ происходит в верхнем НМЛ слое, когда ЭМВ отражается от нижнего ФМ слоя с изменением направления амплитуды вектора напряженности магнитного поля в противоположную сторону (г^ 1), и когда выполняется соотношение

Мл4e=arCCtSi-i^e) ПРИ KJ » 1 Me =С^(ЫМе) ПРИ kMedMe «О» т.е. при определенном сложении фаз ЭМВ в направлении распространения и в обрат ном направлении. По-видимому, полное поглощение можно объяснить тем, что импеданс (волновое сопротивление) НМЛ слоя при таком суммировании волн в прямом и обратном направлении равен единице (т.к. коэффициент отражения равен нулю (см. (4.5))), а также наличием большой мнимой компоненты диэлектрической проницаемости, (определяемой проводимостью). Такой материал сочетает в себе интерференционные и поглощающие принципы действия.

Отметим, что при r^ «1 (т.е. при s/m »||i/m |) такое явление поглощения в

НМЛ слое невозможно.

Таким образом, теоретически предсказано поглощающее ЭМВ покрытие, полное поглощение в котором наблюдается в частотном диапазоне casg /(4ngMQdfm)«со « 4%gM0, где coJO определяется суммарной анизотропией ФМ слоя. В точке ОФП (wso=0) нижняя граница равна нулю. Например, при М0 =1500 Гс в точке ОФП диапазон полного поглощения простирается в пределах 0</^15 Ггц при толщине покрытия в 0.1 см. Эти характеристики теоретически намного превышают характеристики поглощающих покрытий предлагаемых в продаже и описанных в Интернете [99]. Предсказываемое покрытие сохраняет защитные свойства, как для низкочастотных, так и для высокочастотных электромагнитных полей даже при малых толщинах в 1мм. Эти результаты должны представлять большой интерес в практическом применении.

Для экспериментального подтверждения предсказанного в данной главе явления сильного поглощения ЭМВ и создания высокопоглощающего материала, необходимо.

1) Приготовить ФМ плоский образец с толщиной d^ больше одного миллиметра, у которого динамическая магнитная проницаемость много больше диэлектрической. Данное условие может выполниться, например, для рассмотренного в данной главе кубического ФМ слоя в геометрии Фойгта вблизи ОФП. В этом случае ЭМВ должна полностью отражаться от ФМ слоя с изменением направления амплитуды вектора напряженности магнитного поля в Противоположную сторону (г/т »-1) (с изменением угла поляризации ЭМВ на 180°).

2) Используя современные технологии изготовления слоистых структур (такие, как молекулярно-лучевая эпитаксия) нанести на приготовленный

ФМ образец немагнитный проводящий слой с любой проводимостью аМе толщиной (1Ме=с1{АшМе). Например, если взять метал с

5Ме «2.4х 1016 с-1, то толщина немагнитного слоя должна быть dMe~ Ю"7 см. С уменьшением проводимости необходимая толщина будет увеличиваться. Основная экспериментальная сложность в необходимости хорошей однородности этого слоя: проводимость и толщина должны быть постоянными во всем слое.

3) Пронаблюдав эффект поглощения ЭМВ в верхнем проводящем слое на определенной частоте, подобрать такой полупроводящий ФМ, при котором в поглощаемой области исчезают размерные резонансы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе теоретически исследованы магнитная проницаемость, КО и КП ЭМВ от поверхности магнитоупорядоченных сред кубической симметрии: полубесконечных ферродиэлектриков с разным направлением эффективного поля анизотропии, намагниченности и при наклонном падении ЭМВ, слоистых структур. Основными результатами выполненной работы являются следующие.

1. Показано, что для ферродиэлектрика в геометрии Фарадея при выполнении условия в« c2/(4comD) и в геометрии Фойгта при выполнении соотношения в рассматриваемом диапазоне со2-юисом)|> 2(oJm3mD/c частот со<1015 рад/с связанную систему уравнений Ландау-Лифшица и Максвелла можно свести к обычной электродинамической задаче (уравнениям Максвелла с соответствующими граничными условиями) с известной зависимостью эффективной магнитной проницаемости от частоты и параметров ферромагнетика: ц = (l - со2 /(со2 - cowcom)) - в геометрии

Фойгта и ц± =^1-сош/(±сй-со50 )) - в геометрии Фарадея (знаки ± соответствуют право - и левополяризованным ЭМВ). Получено, что законы дисперсии в точке ОФП в геометрии Фарадея и в геометрии Фойгта существенно отличаются. 2. Теоретически продемонстрирован простой способ возможности существенного увеличения и уменьшения КО ЭМВ от поверхности полубесконечного феррита для экспериментально достижимых значений частот, I магнитных полей, параметра релаксации, углов падения и поляризации. Показано, что в области между резонансами coJO <оз < сот магнитная проницаемость зависит от угла падения ЭМВ. КО зависит от угла падения и поляризации на всем диапазоне частот, в частности КО равен нулю при угле поляризации ф=90°, угле падения ЭМВ 0 «71° на больших частотах за областью резонансов со » от + coJO + <оте и при ф=0, 9 « 73° в области низких частот со«coJO. Магнитоупругое взаимодействие имеет существенное влияние на КО лишь вблизи и в точке ОФП (cow « юме) на малых частотах и при определенных углах падения и поляризации, как, например, при ф = 0° и 9 > 70°.

3. Проведено исследование КО ЭМВ и ИМВ слоистой структуры, состоящей из взаимодействующих между собой диэлектрических ФМ слоев разделенных немагнитными проводящими прослойками. Которое позволило сделать выводы о том, что при наличии межслойного взаимодействия область существования слоистой структуры во внешнем магнитном поле увеличивается и происходит смещение резонансных особенностей. Увеличение числа слоев приводит к увеличению числа частот резонансных пиков интегральной восприимчивости (магнитной проницаемости), КО и уширению некоторых из них, за счет наложения пиков друг на друга. Замечено что в области резонансов и в точке ОФП наблюдается полное поглощение ЭМВ при определенном соотношении проводимости и толщины немагнитных проводящих прослоек.

4. Впервые теоретически показан качественно новый способ поглощения ЭМВ в структуре немагнитный проводник - ферромагнетик. Рассчитаны условия соотношения параметров НМЛ и ФМ при которых происходит полное поглощение ЭМВ и диапазон частот в котором оно наблюдается. Численно определены частотные зависимости КП ЭМВ от двухслойной структуры НМЛ - пластина ФМ, в которой для толщины dMe и проводимости аМе НМЛ слоя выполняется соотношение c/(4ndMeGMe)&l. Показано, что КП равен единице в области ccdsg /^4%gM0dfm j«со « 4ngM0, что имеет важное значение с прикладной точки зрения - подобные системы могут быть использованы при создания уникально новых тонких покрытий, поглощающих как низкочастотные, так и высокочастотные ЭМВ.

148

Для этой цели необходимо на слой ферромагнетика, в котором созданы условия, такие что магнитная проницаемость много больше диэлектрической, нанести немагнитный проводник определенной толщины. В заключении автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю, наставнику и учителю Бучельникову Василию Дмитриевичу, а также своему соавтору Бычкову Игорю Валерьевичу за постоянную поддержку и руководство работой.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Л.Н. Бутько, В.Д. Бучельников, И.В. Бычков. Коэффициент отражения электромагнитных волн от феррита при наклонном падении // Тезисы XXX Международной зимней школы физиков-теоретиков «Коуровка-2004».- Дальняя дача, г. Кыштым,22 - 28 февраля 2004 г. С. 125 В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, Л.Н. Бутько, С.В. Таскаев, А.В. Бабушкин. Отражение электромагнитных волн от феррита при наклонном падении // Сборник трудов XII международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике.- Москва (Фирсановка), 19-21 декабря 2003 г., С.192-209

В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, Л.Н. Бутько. Отражение электромагнитных волн от феррита при наклонном падении и с учетом релаксации // Сборник трудов XIII международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике.- Москва (Фирсановка), 1921 ноября 2004 г., С. 178-194.

В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, Л.Н. Бутько. Отражение электромагнитной волны периодической магнитной структурой, с взаимодействующими между собой ферромагнитными слоями // Сборник трудов VII международного семинара.- Махачкала, Институт физики, ДагНЦ РАН Республика Дагестан, Россия, 21-24 ноября 2005 г., С.46-49. И.В. Бычков, В.Д. Бучельников, Л.Н. Бутько, Е.М. Селиванова, В.А. Рыжов. Распределение электромагнитного поля в манганитах находящихся в фазово разделенном состоянии // Тезисы XXXI Международной зимней школы физиков-теоретиков «Коуровка-2006».- Дальняя дача, г. Кыштым,19 - 25 февраля 2006 г., С.69.

Л.Н. Бутько, В.Д. Бучельников, И.В. Бычков. Отражение электромагi нитных волн от структуры, состоящей из чередующихся проводящих и диэлектрических ферромагнитный слоев // Сборник тезисов всероссийской научной конференции «Математика. Механика. Информатика».-ЧелГУ, г.Челябинск, 19 -22 сентября 2006 г. С.24.

7. JI.H. Бутько, В.Д. Бучельников, И.В. Бычков. Отражение электромагнитных волн от многослойной структуры ферромагнетик - проводник -ферромагнетик // Тезисы докладов VI Региональной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии. - Уфа: РИО БашГУ, 26 - 27 октября 2006 г. С. 101-102

8. JI.H. Бутько, В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, В.Г. Шавров. Отражение электромагнитной волны от периодической структуры, содержащей ферромагнитные слои// Журнал радиоэлектроники, 2007, № 3, http://ire.cplire.ni/ire/mar07/3/text.html.

9. L.N.Butko, V.D.Buchelnikov, I.V.Bychkov. Spectrum of coupled spin and electromagnetic waves propagating in a periodic magnetic structure upon modulation of all parameters of layers.// The abstracts of International Symposium "Spin Waves 2007", 2007, St. Petersburg, pp. 10

10. Bychkov I.V., Buchelnikov V.D., Butko L.N. Reflection of the electromagnetic wave from surface of structure of metal-ferromagnetic, International Conference on Functional Materials, Partenite, Ukraine, 1-6 October, 2007 г., P. 146.

11. JI.H. Бутько, В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, В.Г. Шавров. Отражение электромагнитных волн от слоистой структуры ферромагнетик - немагнитный проводник -ферромагнетик // Радиотехника и Электроника, 2007, Т. 52, №11, С. 1-11

1. O'Handley R.G. Modern magnetic materials: Principles and applications. New York. Chichester: Wiev, 1999

2. Казанцева H.E., Рывкина Н.Г., Чмутин И.А.Перспективные материалы для поглотителей электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона.// РЭ, 2003, Т.48,№ 2, С.196-209.

3. Крафтмахер Г.А. Микроволновые свойства одномерных киральных и кирально-ферритовых сред.//РЭ, 2003, Т.48,№ 2, С.183-185.

4. Казанцев Ю.Н., Костин М.В., Крафтмахер, Г.А. Шевченко В.В. Композиционные структуры с высокой СВЧ магнитной проницаемостью, приближающейся к диэлектрической // Письма в ЖТФ, 1991, Т. 17, вып. 22, С. 19-24.

5. Казанцев Ю.Н., Крафтмахер Г.А. Гигантский СВЧ электромагнетизм в киральных искусственных средах, не обладающих статическими магнитными свойствами // Письма в ЖТФ, 1993, Т. 19, вып. 22, С. 74-80.

6. Казанцев Ю.Н., Крафтмахер Г.А. Структура киральная среда феррит: киральный - ферромагнитный резонанс // Письма в ЖТФ, 1995, Т. 21, вып. 17, С. 61-67.

7. Sedrakian D.M., Gevorgyan А.Н., Khachatrian A.Zh. Transmission of a plane electromagnetic wave obliquely incident on a one-dimensional isotropic dielectric medium with an arbitrary refractive index // Optics Communications, 2001, Vol. 195, pp. 1-9.

8. Козлов И.П. Исследование прохождения электромагнитной волной плоского слоя диэлектрика вблизи критической точки // Письма в ЖТФ, 2000, Т. 26, вып. 14, С. 28-35.

9. Morozov G.V., Maev R.Gr., Drake G.W.F. Switching of electromagnetic waves by two-layered periodic dielectric structures // Phys. Rev. E, 1999, Vol. 60, №4, pp. 4860-4867.

10. Miteva A.I., Lalov I.J. Reflection of electromagnetic waves from isotropic optically active media // J. Phys.: Condens. Matter, 1991, Vol. 2, pp. 529538.

11. Miteva A.I., Lalov I.J. The reflection of electromagnetic waves from uniaxial optically active media // J. Phys.: Condens. Matter, 1993, Vol. 5, pp. 60996110.

12. Ping Chen and Tian-lin Dong. Simplified method to estimate millimeter-wave reflection from rough surfaces // International Journal of Infrared and Millimeter waves, 2000, Vol. 21, № 11, pp. 1825-1830.

13. Kondo Y., Ejima Т., Saito K., Hatano Т., Watanabe M. High-reflection mul-tiplayer for wavelength range of 200-30 nm // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2001, Vol. 467-468, pp. 333-336.

14. Wojciech Nasalski. Three-dimensional beam reflection at dielectric interfaces. // Optics Communications, 2001, Vol. 197, pp. 217-233.

15. Javier Alda. Transverse angular shift in the reflection of light beams // Optics Communications, 2000, Vol. 182, pp. 1-10.

16. Shurmann H.W., Serov V.S., Shestopalov Yu.V. Reflection and transmission of a plane ТЕ-wave at a lossless nonlinear dielectric film // Physica D, 2001, Vol. 158, pp. 197-215.

17. Уфимцев. П. Я. Теория дифракционных краевых волн в электродинамике. М.: Бином, 2007.

18. А.С. Антонов, JI.B. Панина, А.К.Сарычев. ЖТФ 59, 6, 88,(1989).

19. Ахиезер А.И., Барьяхтар В.Г., Пелетминский С.В. Спиновые волны. М.: Наука, 1967. 368 с.

20. Andersson Т. The Electrical Properties of Ultrathin Gold Films During and After Their Growth on Glass// J. Phys. D.: Appl. Phys. 1976. Vol.9. P. 973985.

21. Валюкенас В.И., Видугирите А.А., Кибартас B.B., Лауцюс A.C., Меш-коутис Ю.А. Исследование электропроводности тонких слоев Си и А1 на

22. СВЧ и постоянном токе//Литовский физический сборник. 1968. VIII, № 4. С. 22-29.

23. Каплан А.Е. Об отражательной способности металлических пленок в СВЧ- и радиодиапазоне // Радиотехника и электроника. 1964. №10. С. 15.

24. Колпаков В.В. Приближенные граничные условия для проводящей пластины //Труды Сибирского физико-технического института. 1960. В.39. С.

25. Ковнеристый Ю.К., Лазарева И.Ю., Раваев А.А. Материалы, поглощающие СВЧ излучения. М.: Наука, 1982. 164 с.

26. Pichard et. al. Alternative Analytical Forms of the Fuchs-Sondheimer Function// J. Mat. Sci. 1985. Vol.20. P. 4185-4201.

27. Chen Chu-Xing. Calculation of Average Electron Mean Free Path for Metallic Thin Films // J. Mat. Sci. Let. 1987. Vol.6. P. 232-234.

28. Gillham E.J. et. al. A Study of Transparent Highly Conducting Gold Films // Phil. Mag. 1955. Vol.46.P. 1051-1068.

29. Chopra K.L., Randlett M.R. The Influence of a Superimposed Film on the Electrical Conductivity of Thin Metal Films // J. Appl. Phys. 1967. Vol.38, №8. P. 3144-3147.

30. Liao S.Y. Light Transmittance and RF Shielding Effectiveness of a Gold Film on a Glass Substrate // IEEE Trans. EMC. 1975. Vol. EMC-17, №4. P. 211-216.

31. Wallace J.L. Broadband Magnetic Microwave Absorbers: Fundamental Limitations // IEEE Trans. Magn. 1993.29, №6, Pt 3. P. 4209-4214.

32. Bruno A., Piergiorgio U. Reflection and Transmission for Planar-Layered Anisotropic Structures // Radio Sci. 1991. Vol. 26, №2. P. 517-522.

33. L.K. Mikhailovsky, A.A. Kitaitsev, V.P. Cheparin et al. Composite Gyromag-netic Materials on the Base of High-Anisotropic Ferromagnetics for Electronic Techniques Production // Proc. of ICMF'94. Gyulechitsa, Bulgaria, 1994. P. 142-148.

34. Чепарин В.П., Китайцев A.A., Еремцова JI.JI. и др. Легированные гекса-ферриты для радиопоглощающих материалов // Proc. of the Int. Conf. on Currentless Spin-Electronics. Moscow, МРЕТ (TU), 1995.P. 313.

35. Bohren Craig F., Luebbers Raymond, Langdon H. Scott Microwave-Absorbing Chiral Composites: Chirality Essential or Accidental // Appl. Opt. J. 1992. Vol.31, №30. P. 6403-6407.

36. Лагарьков A.H., Панина Л.В., Сарычев A.K. Эффективная магнитная проницаемость композитных материалов вблизи порога протекания // ЖЭТФ. -1987. Т.93, вып. 1(7). С. 215-221.

37. Казанцев Ю.Н., Костин М.В., Крафтмахер Г.А. и др. Искусственный парамагнетик // Радиотехника и электроника. 1994.№ 10. С. 1652-1655.

38. Lagarkov A.N., Semenenko V.N., Chistiaev V.A. et al. Resonance Properties of Bi-Helix Media at Microwaves//Electromagnetics. 1997.№ 3. P. 213-237.

39. Бурсиан E.B. Нелинейные кристаллы (титанат бария). М.: Наука, 1974.183 с.

40. Каценеленбаум Б. 3., Коршунова Е.Н., Сивов А. Н., Шатров А.Д. Ки-ральные электродинамические объекты//УФН. 1997. Т. 167, № 11. С. 1201-1212.

41. Казанцев Ю. Н., Крафтмахер Г. А. СВЧ-магнитная проницаемость ки-ральных сред. Взаимовлияние кирального и ферромагнитного резонансов в структуре среда-феррит//Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42, №3. С. 277-283.

42. Мухин А.А., Прохоров А.С. Магнитная спектроскопия антиферромагнитных диэлектриков. Редкоземельные ортоферриты // Труды ИОФ АН СССР, 1990, Т. 25, С. 162-222.

43. Бучельников В.Д., Шавров В.Г. Электромагнитное возбуждение поперечного звука в редкоземельных магнитных металлах // ФТТ, 1991, Т. 33, № 11, С. 3284-3291.

44. Бланк А.Я., Каганов М.И. Связанные волны в ферромагнитном проводнике. Тройной резонанс // ФТТ, 1966, Т. 8, № 8, С. 2340-2343.

45. Бучельников В.Д., Бычков И.В., Шавров В.Г. Влияние магнитоупругой связи на отражение электромагнитной волны от ферродиэлектрика // ФТТ, 1992, Т. 34, № 11, С. 3408-3411.

46. Бабушкин А.В., Бучельников В.Д., Бычков И.В. Отражение электромагнитных волн от поверхности кубического ферродиэлектрика // ФТТ, 2002, Т. 44, №12, С. 2183.

47. Бучельников В.Д., Бабушкин А.В., Бычков И.В. Отражение электромагнитных волн от поверхности пластины феррита кубической симметрии // ФТТ, 2003, Т. 45, № 4, с. 663.

48. Babushkin A.V., Buchelnikov V.D., Bychkov I.V. The reflection of electromagnetic waves at the surface of ferromagnetic insulator/non-magnetic metal layer structure // JMMM, 2002, Vol. 242-245 P2, pp. 955-957.

49. Бучельников В.Д., Бабушкин А.В., Бычков И.В., Шавров В.Г. РЭ 48, 2, 242 (2003).

50. Sarychev А.К., McPhedran R.C., Shalaev V.M. Electrodynamics of metal-dielectric composites and electromagnetic crystals // Phys. Rev. B, 2000, Vol. 62, №12, pp. 8531-8539.

51. Grunberg P. Layered magnetic structures: history, facts, figures // JMMM, 2001, Vol. 226-230, pp. 1688-1693.

52. Visnovsky S., Postava K. Yamaguchi T. Magneto-optic polar Kerr and Faraday effects in magnetic superlattices // Czechoslovak Journal of Physics, 2001, Vol. 51, № 9, pp. 917-948.

53. Richard N., Dereux A., David Т., Bourillot E., Goudonnet J.P., Scheurer F., Beaurepaire E. and Garreau G. Magneto-optical effects in multilayers illuminated by total internal reflection // Phys. Rev. B, 1999, Vol. 59, № 8, pp. 5936-5944.

54. Bertrand P., Hermann C., Lampel G., Peretti J. and Safarov V. I. General analytical treatment of optics in layered structures: Application to magneto-optics // Phys. Rev. B, 2001, Vol. 64, pp. 1-12.

55. Yibing Li, Shaoping Li and Huahui He. The theory of electromagnetic wave propagation in a ferromagnetic film // Journal of Physics C: Solid State Physics, 1988, Vol. 21, p. 2369.

56. Yibing Li and Zechuan Xu. The theory of electromagnetic wave propagation in magnetic multilayers // Journal of Physics: Condensed Matter, 1993, Vol. 5, p. 6587.

57. Глущенко А.Г., Головкина M.B. Отражение электромагнитной волны слоистой структурой сверхпроводник диэлектрик // Письма в ЖТВ, 1998, Т. 24, №1, с. 9-12.

58. Xue-Fei Zhou, Jing-Ju Wang, Xuan-Zhang Wang, Tilley D.R. Reflection and transmission by magnetic multilayers // JMMM, 2000, Vol. 212, pp. 82-90.

59. Jing-Ju Wang, Xue-Fei Zhou, Wei-Long Wan, Xuan-Zhang Wang, Tilley D.R. Transmission by antiferromagnetic nonmagnetic multilayers // J. Phys.: Condens. Matter, 1999, Vol. 11, pp. 2697-2705.

60. Бучельников В.Д., Бычков И.В., Шавров В.Г. Связанные магнитоупру-гие и электромагнитные волны в магнетиках вблизи точек ориентаци-онных фазовых переходов // ФММ, 1988, Т.66, вып.2, С.222-226.

61. Акулов Н.С. Ферромагнетизм. M.-JL: Гостехтеориздат, 1939.188 с.

62. Андрианов А.В., Бучельников В.Д., Васильев А.Н., Гайдуков Ю.П., Ильясов Р.С., Шавров В.Г. Электромагнитное возбуждение ультразвука в гадолинии // ЖЭТФ, 1988, Т. 94, № 11, С. 277-288.

63. Барьяхтар В.Г., Гришин A.M., Дроботько В.Ф. Спектр элементарных возбуждений при спиновой переориентации ферромагнетиков // ФНТ, 1981, Т. 7, № 11, С.1486-1491.

64. Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М.: Наука, 1987,520 с.

65. Maxfield B.W. Helicon Waves in Solids // Amer. J. Phys., 1969, Vol. 37, p. 241.

66. Бланк А.Я., Каганов М.И. Связанные волны в ферромагнитном проводнике. Тройной резонанс // ФТТ, 1966, Т. 8, № 8, С. 2340-2343.

67. Бучельников В.Д., Шавров В.Г. Магнитоакустические колебания в упруго напряженных кубических кристаллах // ФММ, 1983, Т. 55, № 5, С. 892-900.

68. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971.1032 с.

69. Туров Е.А. Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов. М.: Изд. АН СССР, 1963.224 с.

70. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. 792 с.

71. Ивановский В.И., Черникова JI.A. Физика магнитных явлений. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981.288 с.

72. Голдин Б.А., Котов Л.Н., Зарембо JI.K., Карпачев С.Н. Спин-фононные взаимодействия в кристаллах (ферритах). JL: Наука, 1991.148 с.

73. Кузьмин Е.В., Петраковский Г.А., Завадский Э.А. Физика магнитоупорядоченных веществ. Н.: Наука, 1976.288 с.

74. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения: Пер. с японского. М.: Мир, 1987.419 с.

75. Ландау Л.В., Лифшиц'Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1987.246 с.

76. Васильев А.Н., Бучельников В.Д., Гуревич С.Ю., Каганов М.И., Гайдуков Ю.П. Электромагнитное возбуждение звука в металлах. Челябинск-М.: Издательство ЮурГУ, 2001,339 с.

77. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1992.661 с.

78. Дьелесан Э., Руайе Д. Упругие волны в твердых телах. М.: Наука, 1982.

79. Бучельников В.Д., Бычков И.В., Шавров В.Г. Влияние магнитоупругой взаимодействия в магнетиках на коэффициент отражения ЭМ волн // Акуст. Журнал, 1994, Т. 40, № 1, С. 158-159.

80. Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. М.: Наука, 1980.240 с.

81. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987.171 с.

82. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973.

83. Булгаков А.А., Кононенко В.К. Дисперсионные свойства периодической полупроводниковой структуры в магнитном поле, направленном вдоль оси периодичности // ЖТФ, 2003, 73,11, с. 15 21.

84. Беспятых Ю.И., Дикштейн И.Е., Мальцев В.П. и др. Особенности распространения электромагнитных волн в слоистых магнитных фотонных кристаллах // ФТТ, 2003,45,11, с. 2056 2061.

85. Xiao ling Yu, Xiacheng Zhang, Huahui Li, Huahui He Simulation and design for stratified iron fiber absorbing materials // Materials and Design, 2002, 23, p. 51-57.

86. Lee C.Y., Lee D.E., Kong Y.K. et.al. Matrix formalism of electromagnetic wave propagation through multiple layers in the near-field region: Application to the flat panel display // Phis. Rev. E, 2003, 67,046605.

87. Jensen Li, Lei Zhou, C.T. Chan, and P. Sheng Photonic Band Gap from a Stack of Positive and Negative Index Materials // Phis. Rev. Let., 2003,90, 8, 083901.

88. Звездин A.K., Котов B.A. Магнитооптика тонких пленок. М.: Наука, 1988.

89. Беспятых Ю.И., Бугаев А.С., Дикштейн И.Е. Поверхностные полярито-ны в композитных средах с временной дисперсией диэлектрической и магнитной проницаемостей // ФТТ, 2001,42, с. 2048 2052.

90. Хусаинов М.Г. // ЖЭТФ. 1996. Т. 109, С. 524.

91. Хусаинов М.Г.//ЖЭТФ. 1996. Т. 110, С. 966.

92. Дровосеков А.Б., Жотикова О.В. и др. // ЖЭТФ. 1999. Т. 119, №5, С. 1817.

93. Туров Е.А., Шавров В.Г. // УФН. 1983. Т. 140, №3, С. 429.

94. Сукстанский А.Л., Ямпольская Г.И. // ФТТ. 2000. Т. 42, №5, С. 866.

95. Кругляк В.В., Кучко А.Н., А.Л., Финохин В.И. // ФТТ. 2004. Т. 46, №5, С. 842.

96. Островский О.С., Одаренко Е.Н., Шматько А.А. Защитные экраны и поглотители электромагнитных волн. // ФИП, 2003, Т. 1, № 2, С. 161-173.

97. Материалы для защиты от электромагнитных полей // Журнал депонированных рукописей, октябрь, 2002, №10.