Дисперсионные характеристики магнитостатических волн и спинволновой резонанс в многослойных и неоднородных по толщине эпитаксиальных гранатовых структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ЛЕНИНГРАДСКИЙ. ОРДЕНА. ЛЕНИНА. И ОРДЕНА. ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ: ИНСТИТУТ: имена В. И.УЛЬЯНОВА ('ЛЕНИНА/

Дал служебного пользования экз.Я "^г На правах рукописи

Лувдв Леонид Владимирович

даСПЕРСИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТХТАТШЕСКИХ ВОЛН И СШНВОЛНОВОЙ РЕЗОНАНС В МНОГОСЛОЙНЫХ И НЕОДНОРОДЕН ГО ТОЛЩИНЕ ЭШЗМСИЙЛЬНЫХ ГРАНАТОВЫХ СТРУКТУРА!

Специальность: 01. 04.СБ. - радиофизика.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

' ( •"■о

т/£ь...

(Г/и-Н' тт

Э01

V в

> - - '' Н

Ленинград - 1991

•Л / "■'/к

и

Работа выполнена в научно-исследовательском институте "ДОМЕН" Научный руководитель -

доктор физико-ултематическлх наук профессор Яковлев Ю.М. Официальные оппонента -

доктор физико-математических наук Зубков В.И. кандидат физико-математических наук Ковшиков Н.Г.

Зедущая организация -

Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффв АН СССР

Защита диссертация состоится час«

на заседании специализированного совета К 063.36.11 Ленинградско: ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического института им. З.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Ленннгр ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " у ^ " 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Соботковсюй Б.Е.

ом ХАРАКТШСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сшгкволновая элохтроншса является одним из бурно развивааигнхся в настоящее время направлений СВЧ-технкки. Она основана на использовании свойств длинко-лолновкх спиновых возбуждений. - магнитостатических воля (ШВ), распространяющихся в пленочных ферромзгюшшх (фзрритовнх) структурах. Приборы па мапштоста-тичсских волнах (лйВ-прпбор:.!) выполняют функции дисперсионных и бездкспэрсионшх линий, задержи, шумоподавителей, резонаторов для генераторов СВЧ-даапазона, фильтров, осуществляют сзглтие импульса. Ваяны?,ш свойствами MOB-приборов явлшзтся возможность управления их характеристиками путем изменения величины постоянного подмдггогчи-ваьсщего поля, плакарность используемой технологии, простота возбуждения ШВ микрополосковыми антеннами:, малые потери в используеиих в настающее время гранатовых эштакснальяых пленках.

В зависимости от йункщга, выполняемой МСВ- прибором, применяемая в нем ферромагнитная пленочная структура долина обладать определенными параметрами. В связи с этим является актуальны?.! изучение возможностей изменения и управления дас перс ионной. характеристикой в МСВ-приборах с целью получения дисперсионной кривой с заданной функциональной зависимостью. Существуют несколько способов изменения дисперсионной характерпстгаси: применение металлическю: экранов, расположенных на определенном расстоянии от пленочной структуры, замена однородного внеинего подмагняливаюгцего полч полем с градиентом, применение пленочных структур с неоднородным по площади тензором магнитной проницаемости и"использование многослойных и неоднородных по толщине ферромагнитных структур. Влияние многослойнести и неоднородности магнитных параметров по толщине на дисперсионные кривые МСВ недостаточно изучено из-за отсутствия эффективных методов расчета дисперсии МСВ в пленочных структурах, содержащих большое количество слоев (больше трех) или имеющих непрерывное изменение по толщине магнитных параметров. Поэтому актуальным становится поиск методов расчета дисперсии WQ в этих структурах.

Для полученш пленок с неоднородное тямк магнитных параметров по толщине применяются ионная имплантация, многократная эпитаксия и эпнтаксня с изменением рекима в процессе роста пленки. Экспержен-талышх исследований МСВ и спинволнового резонанса (СВР) в этих пленочных структурах проведено крайне мало. Изучение спектров СВР

имеет важное значение для решения обратной задачи - определения профилей, тагштогх неодаородносте:'! (намагниченности, анизогронш и т.д.) по толцане плешей.

Целью диссертации является исследование дисперсионных характеристик МСВ и особенностей: спинволнового резонанса в ферромагнитш (ферритовых) пленочных многослойных структурах и в структурах с неоднородностью магнитных параметров по толщине - намагниченност! анизотропии, гирог/ягнитного отношения.

Научная новизна. В диссертационной работе:

- Определены аналитические зависимости и созданы методы расчета дисперсионных характеристик МСВ в пленках с неоднородностью магю ных параметров по толщине на основе выделения грассмановой алгебт ической структуры, квазиклассического приближения и теории возмув ний.

- Исследовано положение максимума групповой скорости МСВ в неодне родных по толщине пленках.

- Определены частоты, на которых наблюдается вырожденке дисперсис ных зависимостей безобшшщх МСВ в многослойных ферромагшиных структурах.

- Установлено увеличение линейности дисперсионных кривых МСВ в де слошшх структурах феррит - феррит.

- Впервые экспериментально исследованы МСВ, сшшволновой резонанс и автомодудяция в пленках с линейным изменением эффективной накш нкченностп по толщине.

- Определена связь положений пиков СВР с профилен ферромагнитной пленки и решена обратная • задача: по положениям пиков СВР наущена толщина промежуточного слоя в имплантированной плега;е.

- Изучены зависимости эффективной намагниченности и гиромагнитноз отношения юяшантированного слоя от дозы и энергии имплантации и распространение МСВ в имплантированных Не+ пленках ИЕГ.

- Определены условия терглостабильности дисперсионной кривой и грз повой скорости МСВ в структурах с двут.я ферромагнитными слоями.

Практическая ценность.

- Созданные методы расчета дисперсионных характернотик МСВ в иле! ках с неоднородностью магнитных параметров по' толщине позволяют находить пленочные структуры с определенным профилем магнитных н< однородноетей, что является необходимым при создании ?,'СЗ-прйборо] с заданной дисперсионной характеристикой.

- По разработайте,1 теоретическим моделям создана библиотека программ, написанных на Фортране-Л/^.

- С целью получения максимальной линейности да :с перс ионной кривой "СВ определены оптимальные соотношения параметров слоев двухслойной ферромагнитной структуры, что позволило создать макет бездис-лерсионноа жшии задержки, работающей на частоте 4,5 ГГц и имеющей в 3 раза больший рабочий диапазон частот (диапазон линейности"), чем линия задеркки, построенная па однородной пленочной структуре.

- Найденные условия термостабмьпости ШВ в ориентированных под утлом к подмагничивззэщему пола ссерромаститных структурах и разработанные программы расчета позволили создать макет линии задеряки на г.'СЗ с ТКЧ~1СГ ^град"' на частоте 4,5 ГГц.

На защиту выносятся научные положения:

1. Наличие минимума в распределении намагниченности по толщине перпендикулярно намагниченной ферромагнитной плешей приводит к существованию мгиссимум-а групповой скорости магнитостатической волны при значении волнового вектора, отличном от нуля.

2. Частотами, на которых наблюдается внроздение дисперсионных зависимостей безобменннх магкитостатических волн в многослойной ферромагнитной структуреявляются только частоты ФМР слоев и границы областей существования прямых и обратных объемных волн.

3. В касательно и перпендикулярно намагниченных пленках с линейным изменением наг/агниченности по толщине распределение положений пиков СВР в диапазоне, ограниченном частотами ФМР крайних слоев [-тл-п

rn.tx.-x • вриблюкенно описывается законом - -m.cn ^ ~

1/2)'л , где п - номер пика. Вне этого диапазона распределение положений пиков СВР с ростом номера стремится к известному квадратичного распределению.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 13,14,15 Всесоюзных научно-техлмческих-лсонахзретадях по СВЧ фэр-ритовой технике (Ленинград,1985, 1987, 1990), на 7,8,9 научно-технических конференциях молодых специалистов при НШ "Домен" (Ленинград, 1983, 1985, 1987), на 2 семинаре по функциональной магнитоэлектронике (Красноярск, 1986), на региональной конференции "Спинволновке явления электроники СВЧ" (Краснодар, 1987), на научно-техническом семинаре "Композиционные материалы, покрытия и ра-диокомпонентн микроэлектронной техники СВЧ" (Киев, 1989).

Публикации. По теме диссертант опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем диссертация. Диссертация состоит из введена четырех разделов с вывода!,ci, заключения и одного приложения. Осн1 ной текст работы излояэн на 123 страницах машинописного текста. Работа содержит 59 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включаэ 158 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЕОШ

Во введении обоснована актуальность теш, сфорглулирована цель работы, научная новизна, практическая значимость, результата, вы косимые на защиту. Дана структура диссертации.

Нетаая глава посвящена выводу аналитических, зависимостей и те ретическо:^ анализу свойств МСВ в неоднородных по толщине ферром нитных структурах.

Первый параграф представляет собой литературный обзор экспери ментальных и теоретических исследований дисперсионных, характерно и распространения МСВ в многослойных и неоднородных по толщине ф рог-агнитных (йеррптовых) пленках. , __

Во втором параграфе посредством выделения 1-форм oJ^ и со^ связанных с гранкцаш кекду слоятся / и j- +1 и являющихся обра зукщими грассмаковой алгебры, получены рекуррентные дисперсионно соотношения в безобменном приближении для А/ -слойной пленочной ферромагнитной структуры. Каждый, слой. J- характеризуется толщино и собственным тензором магнитной проницаемости /¿^с , который я ляется функцией. намагниченности 4гЛ^ анизотропии гиромагндт кого отношения внешнего магнитного поля H и частоты возбужл ющего переменного поля £ . Дисперсионные соотношения получены в общем виде в результате следующей процедуры:

С первой ( внешней) границей' первого слоя связывается число "U* = -1, а с-границей между слоями j и j +1 - переменная Uw, обрг но пропорциональна коэффициенту отражения ст границы и являющая функцией * ((О® A , Доказана формула связи кенду ti® , имеющг виц дробно-линейного преобразования:

^-km.i.i,*)«1»* f/ïfù , w

гдоР^ , , , 11 - функции 0-форм Л со ) , Л ^ х

которые, з свою очередь, являются функциями волнового вектора к , /л^1 , /¿^' толщин Дисперсионные соотногаения МСВ А/ -

слойной структуры получаются в результате ириравштания нулю -и('У) на внешней границе последнего слоя.

Пересечение дисперсионных зависимостей МСВ (выро:хдение) наблада-ется при вырокденности хотя бы одного из преобразовании ,

^ , к). Посредством аналитического продолжения коэффициентов л в область комплексных значений 5 и к , наведено, что единственными точками вырокдония безобманных МСВ в многослойной структуре являются частоты ©ЛР слоев и границы областей существования прямых.и обратных объемных волн.

Третий параграф посвящен исследованию симметрии полученных ро-куррентшх дисперсионных соотношений. Выявлены группы преобразований, сохраняющих вид дисперсионных зависимостей: однопараметричес-1сая группа, сохраняющая масштабную инвариантность, и группа диффеоморфизмов, действующая на ядре отображения Г : {4пМ.^ Нд', II, £ > —и оставляющая инвариантным тензор . Выска-

зывается предположение^что симплектическая группа ¿р(Ы) , сохраняющая 2-фор?лу Л 1 ТЛо>"ет быть использована дая получения ряда соотношений мекду дисперсионными, кривыми разных пленок и, соответственно, для классификации дисперсионных кривых МСВ.

В четвертом параграфе произведено обобщение рекуррентных дисперсионных соотношений на случай ферромагнитных периодических структур (/>/— со). Дисперсионные кривые сливаются и преобразуются в зоны.

В пятом параграфе рекуррентные соотношения обобщены на случай пленок с непрерывным изменением магнитных параметров 4пМ, НА,"?-по толщине. Рекуррентные соотношения МСВ в /V -слойной пленке переходят в уравнение Риккати:

сI

и

- + ^-и + ^ (2)

где

3 = _ 1к> 7+ Ав

' = I + ?±/1г + /г. .

При атом система координат без ограничения общности выбрана те кигл образом, чтобы ось Ох проходила вдоль волнового вектора МСВ к а ось 0 2 - вдоль нормали, пленки. Дисперсионные соотношения получаются как решения уравнения (2) с граничными условиями на краях ферромагнитной структуры сг^ и сгг :

1Х

г:

- 1С

4=0. (3)

Ддя однородной ферромагнитной пленки -и.* —- 0. В силу эгогс возможно построение ряда последовательных алшрокстнций решения уравнения (2) для пленки с неоднородностью по толщине. Из анализ? первых членов этого ряда выявлено достаточно общее свойство неоднородных по толщине пленочных структур:' появление -максимума груш вой скорости МСВ при значешга Ф 0, который можно объяснить тг что основной вклад в дисперсионную зависимость МСВ при к —■ 0 определяется пропорциональной величине К окрестностью слоя с на меньшим значением /I г г ( или наибольшим значением ул хх в случа! перпендикулярно намагниченной пленки). Этот слой обладает наимеи шей разницей между частотой <ЬМР слоя и возбудца-ощей частотой.

В кестои параграфе решена система уравнений магнитостатики к Ландау - Лнфшица с учетом обменного взаимодействия в первом квазз классическом приближении. В качестве параметра разложения выбран; достоянная обменного взаимодействия <А. . Дисперсионные соотноше: МСВ в неоднородной по толщине ферромагнитной пленке определяются как условия на собственные значения - условия Бора - Зоммэрфельд Распределение пиков СВР получается из дисперсионных соотношений при волновом векторе МСВ, стремящемся к нулю. В качестве примера вычислены распределения пиков СВР касательно и перпендикулярно н, магниченных пленок, имещих кусочно-линейный по толщина профиль эффективной намагниченности 4пМ - Нд, где НА --поле одноосной ан зотгюлип..

В седьмом параграфе применена теория возмущбний для получения ■ дисперсионных соотношений прямых объемных МСВ (ПОМСВ), распространяющихся в неоднородной по толщине [-«I , <1 ] перпендикулярно намагниченной ферромагнитной пленке. Дисперсионные соотношения получены путем разложения.уравнения Уокера по модам ПОМСВ однородной пленки . Параметром разложения; является <Д,Й- /л*?"'. В

нулевом приближении дисперсионные соотношения имеют вид (к*II Ох): \ = - ^ , (4)

-а .

где к2 является корнем уравнения

г ^ 1 к? «I - ^ - ^г . (?)

. Найдено, что в этом приближении основной вклад в дисперсию при к—>-0 вносят точки сингулярности уд.** , что приводит к появлению максимума на зависимости групповой скорости ПОМСВ от К и к подтверждению вывода пятого параграфа. Следующие поправки мояно рас-сттривать как вклад от взаимодействия с модами с номерами т Ф п.

В этой яе параграфе доказано, что максимум грушзовой скорости чГ^ ПОМСВ при К Ф 0 в перпендикулярно намагниченной пленке с неоднородностью намагниченности по толщине будет существовать, если в сколь-угодно малой окрестности абсолютного минимума 4пМ("2) зависимость 4пМ (?) от "2 изменяется и дифференцирует. Доказательство основано на аналогия уравнения Уокера и уравнения Щредингера, описывающего движение частицы с нулевой энергией в потенциальной яме ,"2). Показано, что при к —0 (к)~ к (•»*■>

> 1 + 2/"п , "п. Ф где п - порядок нашеныпей не равной нулю производной ¿л4пМСг)/ ^ 2* в точке ас5солютного минимума. При этом потенциальная яма в уравнении Шредннгера принимает вид -образной ямы. Поскольку существуют К Ф 0, для которых тГ^ ^ О, то делается вывод, что тп.х ггу находится при к , отличном от 'нуля, в противоположность тому, что наблюдается для ПОМСВ в однородных пленках.

Восьмой параграф посвящен анализу влияния анизотропии на даспер-

сионные соотношения МСВ в касательно намагниченных однородных структурах.

Во второй главе проведены численные расчеты дисперсионных харе теристик и групповых скоростей MGB в пленочных структурах Феррит диэлектрик - феррит (ФДФ) и феррит - феррит (ФФ) и описаны данные экспериментальных исследований.

Первый параграф посвящен описанию программы расчета дисперсно* ных кривых, и групповых скоростей МСВ в А/нзлойной структуре.

Во втором параграфе исследуются дисперсионные соотношения МСВ в пленочных структурах ФДФ. -Дисперсионные зависимости представлен в виде разложения по диполь-дипольнойу взаимодействию между слояь через интегралы перекрывания магнитостатических потенциалов МСВ независимых слоев. В качестве частного случая рассмотрены дисперс оняые соотношения ПОМСВ в перпендикулярно намагниченной структуре ФДФ с толщиной диэлектрической прослойки к„ при условии слабой связи между слоями 2 I к K.J » 1. Показано, что в первом приближена дисперсионные кривые ПОМСВ структуры ФДФ получаются простым объединением дисперсионных кривых ПОМСВ независимых гоерритовнх слоев. В точках пересечения Кп происходит расталкивание дисперсионных' кривых. Приведены в явном виде формулы для частот ПОМСВ в облает! расталкивания, из которых следует, что частота антисимметричного по толщине структуры ФДФ магнктостатического колебания всегда находится нике частоты симметричного колебания. Разность частот ein метричной и антисимметричной ветвей ("щель") убывает при увеличении толщины-прослойки пропорционально е^ср (-2|Knk,|) . На зависимости групповой скорости верхней ветви ПОМОВ от К имеется максимум при к > к „ при условии 2 I К k„ I »1 ■ и максимум при к. К п при условии сильной связи меяду слоями 2 | к К0| ¿¿-1.

Экспериментальные исследования проведены на составных струкгу] ФДФ с фторопластовой прослойкой и на трехслойных гранатовых зпитг спальных структурах Yä З^Оц: Ga. с немагнитным вторым слоег на частотах-4,5 ГГц и ~9 ГГц. Данные эксперимента подтверждают : кономерности изменений дисперсионных кривых в области расталкивания, а также наличие максимума групповой скорости верхней ветви f в этой области при к > кп при условии слабой связи меаду слоями.

Особенности дисперсионных зависимостей МСВ в структурах с сшп ной связью ыекду слоями (2 I к k. 1 ««■ i) изучались на примере стру] тур феррнг - феррит в третьем параграфе.- Численный расчет показа.

что для случая ПОМСВ увеличение .намагниченности" слоя с большим значением 4пМ приводит к понижению наклона верхней ветви дисперсионной кривой и к уменьшении групповой скорости ПОМСВ этой ветви при малых К . В силу этого групповая скорость приобретает максимум при К Ф 0, что согласуется с выводами §-1.5, 1.7. Рост толщины слоя с большей намагниченностью увеличивает величину максимума групповой скорости.

Для случая ШСВ наибольшему изменению подвержены дисперсионные .ветви волн, распространяющихся вдоль границы между слоями. Для этих ветвей взаимодействие мевду слоями приводит к понижению дисперсионных кривых при больших . При увеличении толщины слоя с меньшей намагниченностью образовавшийся максимум дисперсионной кривой становится более выраженным. Ветви поверхностных волн, распространяющихся по внешним поверхностям структуры Ф£, увеличивают наклон с росток, толщины, слоя с меньшей намагниченностью и испытывают уменьшение наклона при понижении намагниченности одного из' слоев.

Экспериментальные исследования проведены на эпитаксиально выращенных двухслойных пленках Оа с добавками ^ я 2а на частоте ~ 4,5 ГГц на лиши задержки и подтверждают закономерности: наличие максимума групповой скорости ПОМСВ при к # 0 и асиммет- . рию дисперсионных кривых ПМСВ для противоположных направлений распространения волны.

Результаты второго и третьего параграфов используются в четвертом параграфе для оптимизации параметров пленочных структур, работающих в бездисперсионной линии задержки. Для характеристики линейности- дисперсионной кривой введено понятие диапазона линейности ¿>и , который определялся как частотный диапазон с изменением групповой скорости (времени', задержки") в нем не более чем на Используя свойства симметрии дисперсионных соотношений, удалось выразить соотношения параметров в общей форме. Структуры с отношением толщин слоев кг/ = 1,15 и"намагниченностей. 4пМ2/4пМ,= 1,25 в диапазоне частот ^ ■^-•(0,9 * 5,3>4пМ, характеризуются наибольшей линейностью дисперсионной кривой первой мода ПОМСВ около максимума групповой скорости. Величина '5ЬЦ имеет для этих структур максимальное значение, в 3 раза большее, чем в однородной феррито-вой- пленке с намагниченностью 4пМ<, и на определенном выше диапазоне частот испытывает небольшой рост от величины 0,084-^4пМ< до

0,109-^4пМ<.

Изучение линейности дисперсии ПМСВ в касательно намагниченных структурах ФФ показало, что диапазон ¿>L для ШСВ в несколько раз меньше величины для ЕШСВ, поэтому применение ШСВ в МСВ-при борах,в которых требуется повышенная линейность дисперсии,являете нецелесообразным.

В структурах ФДФ с одинаковыми ферритовыми слоями диапазоны <Й, ШСВ и ПОМСВ с увеличением толщины немагнитного диэлектрического слоя уменьшаются.

Третья глава посвящена исследованиям спинволнового резонанса, дисперсионных-характеристик и групповых скоростей МСВ в пленках с непрерывным (плавным} изменением магнитных параметров по толщине.

В первой части главы описаны исследования, проведенные на плен ках с линейным профилем эффективной намагниченности 4пМ - ЯА по толщина (НА - одноосная анизотропия). Используя результаты §-1.6, в первом квазиклассическом приближении по постоянной обменного вз имодействия получено распределение пиков СВР для касательно и перпендикулярно намагниченных пленок в области частот [тгйтг ^„р ,

f. - miuf„p~[cЛ(п- </04* , (б)

где U- номер njma,'mLufT«p,'ma.-xf Фнр - частоты ШР крайних слоев. В этом диапазоне частот пики СВР характеризуются тем, что для ню функция распределения магнитостатического потенциала тол-

щине пленки имеет точку поворота. В области точки поворота амплитуда магнитостатнческих колебаний максимальна и, соответственно, больше вероятность протекания нелинейных процессов, ответственные за релаксацию и величину пиков СВР. Пики СВР при ^ > то-х^^не за юг точки поворота <рп(2), они должны иметь меныцую величину и их распределение при увеличении п , согласно §-1.6, должно стремит! ся к квадратичному закону. Экспериментальные. исследования,, проведенные на пленках Y* 3esO,s: с градиентом намагниченности i толщине \> = 2,5 + 10 Э/глкм с 4лМе,, = 1600 -г 1700 Э, показал;!, чте наблюдаются только пики, лежащие в диапазоне [ nü-n. , т^х (или при f = con^i в диапазоне [W-nH^,, woc Н ,.„,,]) , и их распре деление в первом приближении подчиняется закону (6) .

10 м/с

4 -■•

200

400

600

см

Pîïc.1. Экспериментальные значения и теоретическая зависимость групповой скорости П0МСВ для пленки с линейным изменением 4Й.1 по толщине (V = 10 Э/мхм, mm 4пМ = 15Э4 Э, К = 13,4 mai, iL-o = 4,520 ГГц)

Зависимости групповых скоростей П0МСВ и 1ЖСВ от волнового вектора К для пленок с линешим изменением намагниченности по тол-прше засели максимум при К Ф 0 (рис. l) на частотах j > max f q>Mf .

Около перзнх пиков СВР на частоте ~9 ГГц при поперечной накачке обнаружена автомодуляция СВЧ-колебаний, обладающая рядом особенностей. Исследуемая азтомодуляция имела синусоидальный, нехаотический тип с = 0,7 -ь 1,7 Г.ПГц. Диапазон частот автомодуляции [min ■7п.о.х ^stT у^личивался с ростом отношения подводимой СШ-моцнос-ти к пороговой V /Wn6p. В областях, в которых она наблюдалась, происходило уменьшение лорядаа 1 МГц/Э в пределах диапазона частот автомодуляыци при увеличении значения магнитного поля Н, причем величина Wn„, зависела от направления развертзск Н. Порог "Wn0f резко возрастал при отклонении H от нормали пленки. Напболь-ший порог наблюдался для деятельно намагниченной пленки -

_ _ к. ас . Пврп 2- 3

п,р =10 -} 10 . Дтя перпендикулярного подмагничивания .величина падала в 10 - т 103 раз при переходе от однородны;

пленок к щенкам с градиентом. Температурные измерения показали повышение уменьшение диапазона частот автомодуляции при

VI > с ростом температуры.

Во второй части третьей главы описаны исследования, проведены: 'на ш/ллантпрованных Не+ пленках ИБГ, -как частного вида неоднорода по толщине структур. Имплантация приводит к повшсеншо величины а; зотропии НА типа "легкая плоскость", тлеющей, в основном, магнии стрикционную природу, и к уменьшению намагниченности 4пМ. Появляется изменение этих величин в поперечном сечешш пленки, которое монет быть элективно исследовано с помощью СВР. Спектры СВР на пленках, имплантированных Не+ в диапазонах энергий Б = 50т-175 к и доз ¿> =(1 -г б) • 10,5см~*, тлели конечное наблюдаемое число пиков, разное для касательного и пэрпехздикулярного годагахничиваний и распределение положений пиков несколько отличалось от квадрата ного. Предполагая, что наблюдаемые пики СВР леясат в интервале [тСи Н^.чти^хН^р] (измерения проводились на постоянной част! те [ = 9,140 1Тц), по их положениям были определены свойства игл лантированного слоя и переходного слоя, тлеющего плавное изменен 4пМ - НА. Для имплантированного слоя величина 4пМ -Нд увеличивал с ростом дозы от 1750 Э до 2200 Э (= 6-10<5см-2) при постоян» энергии имплантации Е = 175 кэВ. Зависимость' 4пМ - Нд от Е при п стоянной дозе 3\10"си~2 ¡плела максимум при 100 кэВ. Наблюдалось увеличение гиромагнитного отношения ^ на 3 т' 7 %, которое моне быть объяснимо влиянием спин-орбитального взаимодействия около д фектов имплантированного слоя. Вычисленная по формулам §-1.6 толщина переходного слоя для исследованных пленок составляла 0,5 -г 1 мкм.

Исследования дисперсии и групповых скоростей гГ^ ПМСВ и обрат объемных МСВ (ООМСВ) показали, что дисперсионная кривая вне обла тей непропускакия АЛХ изменяется незначительно. Малое изменение дисперсии является следствием малой толщины имплантированного сл по сравнению с толщиной.плешей, Группозая скорость (ЩСВ уменьшалась с ростом £> и уменьшение достигало 9% для 23 = 6-10 см" На зависимости- яГ^ ОО.ЧСВ от Е при постоянной дозе 3-10"см~2 на блюдался минимум при 100 кэВ, который мо:лго объяснить появлением анизотрогега типа "легкая' плоскость" и уменьшением 4пМ имплантиро

ванного слан.

В четвертой главе исследовались дисперсионные характеристики и грунновые скорости МСВ в пленках с произвольным направлением под-магничивания и связанные с этим вопросы термостабильности.

В первом параграфе, где рассмотрен случай однородных пленок с одноосной анизотропией Нл, показано, что пересечение'дисперсионных кривых МСВ £ (к , Г) при разных Т существует, если направление Н составляет с нормалью плещи угол 0Т , лежащий в интервале [О, тхчссо$ 1//3] (н >-4пМ - Нд). Групповая скорость МСВ при этом не термостабилизируегся.

Во втором параграфе описаны данные экспериментальных .исследований, проведенных на однородных пленках У, У3 $£¡-0^: с 4пМ - НА = ЗСО 1800 Э." Зкспернг,ментально полученные значения угла 6Т подтверждают теоретическую зависимость - уменьшение Эг при увеличении (4пМ - . Достигнуты значения ТКЧ=1,1-10~*град"'

для МСВ с К« 0 на частоте 4,521 ГГц. Найдено, что возможны такие ориентации. II относительно осей кубической анизотропии в пленках тина (111), для которых Г1 = 0, что приводит к увеличению

температурного диапазона дТ, в котором на'блюдастся термостабильность. Наблюдалось' увеличение йТ с 4*С до 80°С при уходе частоты на краях 60 кГц/град.

. В третьем параграфе исследуется вопрос термостабилъности групповой скорости ПОМСВ в структуре ФФ и одновременной термостабилъности положения определенной точки дисперсионной кривой и групповой скорости МСВ в структурах 3>5 и ФДФ. Учитывая, что диффеоморфизм рт : , Т)—-'¡(к, Т +$т) 'иошо бактеризовать, рассматривая преобразования магнитных параметров пленки и частоты, изменяющие и не-изменяющие тензор магнитной восприимчивости, найдено, что в перпендикулярно намагниченной структуре <К0 групповая скорость ПОМСВ при

=^4п.М,15./Л < 0 термостабнлизируется при определенном ( к при выполнешш условий: 4пМ > 4пМ), 4пМ^ к1 > 4пМ 1 /т.,, | ^ | > | ^ ]. Одновременная легальная термостабилъность дисперсионной кривой и групповой скорости МСВ в структурах Ф5 и ФДФ наблюдается только при условии ¿¿3-""-'Ь?1= _ <,(.§.п . В этом'случае дисперсионные кривые при разних Т касаются друг друга. Числонный расчет подтвердил существование решения при полученных условиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ШВОД!

1. Создали методы расчета дисперсионных характеристик МСВ в мной слойхгых пленках' и в пленках с непрерывным изменением магшгашх и раметроз по толщине:

а. на основе выделения грассмановой алгебраической структуры под ченн рекуррентные дисперсионные соотношения в безобменном прибли кении, которые обобщены на случаи пленок с непрерывным изменение: магникгых параметров по толщине и периодических структур;

б. на основе квазиклассического приближения найдены дксперсионш соотношения с учетом обменного взаимодействия и зависимости поло кений пиков СВР в пленке с кус очно-линейным распределением матки них параметров по толщине;

в. на основе теории возмущений получены дисперсионные соотношени ПОМСВ в безобменном приближении.

2. Установлено, что частотами, на которых наблюдается вырождение дисперсионных зависимостей безобманных магнитостатических волн в многослойной фэрромлгнитной структуре , являются только частоты Ф слоев и границы областей существования прямых и обратных объемны волн.

3. Найдено, что для существования максимума групповой скорости ПОМСВ при отличном от куля волновом векторе в перпендикулярно на магниченной пленке с неоднородностью намагниченности 4пМ по толщ не достаточно дифференцируемоети к изменения 4пМ в области абсол ного минимума 4пМ.

4. Установлено, что структура феррит - феррит с отношениями толщ слоев кг / к,^ 1,15 н намагниченноетей 4й,1,1/4пМ( = 1,25 обладав наибольшей линейностью дисперсионной кривой ПОМСВ в диапазоне ча тот ^ = (1 -г 5)^.4п!Л(. Частотный диапазон, внутри которого груп вая скорость изменяется не более чем на 1С$, для зткх структур в раза шире, чем для однородных пленок.'

5. Экспериментально и теоретически (в первом приближении квазккл сического разложения) получено распределение положений, пиков СВР в касательно и перпендикулярно намагниченных пленках с линейным изменением намагниченности по толщине в области частот [т№ шах [: _ тёп ^ ~ (п - 1/2)*/з.

6. Экспериментально определены особенности нелзшейных явлений (а томодулнцки СВЧ-колебачий) на пленках У3 0(1 : Ск. 2а с града ентами намагниченности по толщине до 10 Э/мкм: а) значительное

уменьшение порога \\Г„ор (в 104 105 раз) для перпендикулярно намагниченных пленок при увеличении градиента намагниченности; б) резкое возрастание W„0(, при отклонении Й от нормали пленки.

7. Из экспериментально полученгшх спектров СВР пленок У 1?с5013_ , тшлантировапных Не+, найдено, что величина разности намагниченности и одноосной анизотропии имплантированного слоя увеличивается с ростом дозы икплантацш! от 175О Э до 2200 3 (б-10<5см"г) при постоянной знерига 175 кэВ и имеет максимум при энергии 1Ю кэВ при постоянной дозе 3-10,гсм"г. Из положений пиков СВР найдено, что толщина переходного слоя с плавным изменением наг-лагниченности и анизотропии' и находящегося мехзду импдаптированным слоем и неимплан-г тированной частью пленки составляет 0,5 4 1 I.™.

8. На пленках У3 З^^и. > имплантированных Не+, экспериментально обнаружено, что зависимость групповой скорости ООМСВ от энергии ш,ш-лантации при постоянной дозе 3-10 см тлеет минимум при 100 кэВ.

9. Найдено, что одновременная гермостабильность заданной точки дисперсионной кривой и групповой скорости МСВ в пленочных структурах, ориентировшпшх под утлом к направлению магнитного поля и содержащих два ферромагнитных слоя, возможна только в случае

5( й4пМ4 /Л) = - Sia.Tr ( 34пМг/Л).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Выращивание и исследование свойств пленок ИЕГ и твердых растворов на его основе/И.Л.Бзрезин, М.А.Винник, М.Б.Гессен, В.Н.Кочанов, -В.А.Кулинковяч, Л.В.Луцев, Д.Н.Побекимовская, В.О.Щербакова' //Тез. докл. 13 Всесоюзной науч.-техн. кокф. по СВЧ ферритовой технике, февраль 1985. Ферритовые СВЧ приборы и материалы.Серия 1. Электроника СВЧ.-1384.-В.2(204).-С.39-41.

2. Ионно-шлплантировангае гранатовые пленки для спин-волновой электроники/Т. А. Крылова, Е.Л.Духовская, Ю.М.Яковлев, С.В.Яковлев, Л.В.Луцев // Тез. докл. 2 сегагаара по функциональной магнитоэлек-тронлке. Красноярск, 25-27 июня 1986 г. - С.103-107.

3. ФеррогранатоЕые МСВ шсегазт с повшюнпш эффектившпл полем ани-зотрогсги/М.Б.Гессен, И.Л.Бзрезин, В.А.Кулнккович, В.Н.Кочанов, Л.В.Луцев // Тезисы докл. 14 Всесоюзной науч.-техн. конф. по СВЧ ферритовой технике, февраль 1987. Ферритовые СВЧ приборы и материалы. Серия 1. Электроника СВЧ. - 1987. - 8.1,2(247,248). С. 67-69.

4. Луцев Я.В., Еерезин И.I., Яковлев Ю.М. Распространенно 'МСВ в многослойных шэрритозшс пленках // Тезисы докл. 14 Всесоюзной науч.-техн. конго, го-СВЧ тэрритозой технике, февраль 1S87. Фе ритовые СВЧ приборы и материалы. Серия 1. Электроника СВЧ. -1987. - В.1,2(247,248). - С.88-89,

5. Луцев JI.B. , Яковлев Ю.М. Влияние ионной имплантации на спин-волновые возбуждения в пленках ИЯГ // ФТТ. - 1988. - Т.30, В. - С.1675-1682.

6. Луцев Л.В., Березия И.Л. Автомодуляция спинволновых возбузде в пленках с линейным профилем намагничешюсти // ФТТ. - 1983.

' Т.30, В.9. - С.2679-2682.

7. Луцев Л.В., Еерезин И. Л., Яковлев Ю.М. Спжнволновой резонанс в пленках с линейным профилем намагничеш-юс'ти // Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. - 1989. - В.5(419).- С.5-6

8. Луцев Л.В., Бзрезкн И.1. Термостабильность параметров магните статических волн, распространяющихся в пленках с произвольны:, направлением подмагничивания // Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. - 1989. - В.6(420). - С.3-8.

9. Луцев Л.В. Методы исследования дисперсионных характеристик магнитостаткческнх волн в многослойных, периодических и нещх рывных по толщине ферромагнитных пленках // Материала 15 Всес изной науч.-техн. кокш. по СВЧ- ферриговой технике, февраль 1990. - Т.2. - С.16-18.

10. Луцев Л.В., Бэрезин И.Л., Яковлев Ю.М. Дисперсионные характг рис тики магаитосгатяческих волн в двухслойных пленках // Мат( риалы 15 Всесоюзной науч.-техн. конш. до СВЧ феррнтовой техш ке, февраль 1990." - Т.2. - С. 19-20.

11. Выращивание и исследование эпитаксиальных феррит-гранатовых структур для устройств на М"СВ дециметрового диапазона длин bi И.Л. Бзрезин, В.А.Дубовой, В.Н.Кочанов, I.В.Луцев, В.О.Щэрбак ва // Материалы 15 Всесоюзной науч.-тохн. конф. по СВЧ форр: вой технике, февраль 1990, - Т.2. - С.28-29.

12. Луцев Л.В., Березин И.Л.Я1;овлев Ю.М. Исследование дисперс ных характеристик магнитостатических волн в двухслойных плен // КГФ. - 1990. - Т.60, В.7. - С.180-186.

13. Луцев Л.В. Спин-волновые магнитостатические возбуждения в н однородных по толщине ферромагнитных пленках // Ж. - 1991. Т.61, В.З. - С.80-87.