Гигагерцовые резонансные акустические эффекты в тонких плёнках ферромагнитных полупроводников и опалов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Саласюк Алексей Сергеевич

Гигагерцовые резонансные акустические эффекты в тонких плёнках ферромагнитных полупроводников и опалов.

Специальность: 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

з 1 янв т

Санкт-Петербург - 2013

005048948

005048948

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук.

Научный руководитель:

старший научный сотрудник к.ф.-м.н Щербаков Алексей Валерьевич. Официальные оппоненты:

Павлов Виктор Владимирович, д.ф.-м.н., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, с.н.с.

Вербин Сергей Юрьевич, д.ф .-м.н., проф., Санкт-Петербургский государственный университет.

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Защита состоится 21 февраля 2013г. в 15:00 час. на заседании диссертационного совета Д002.205.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук по адресу 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая д. 26, ФТИ им. А. Ф. Иоффе.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ им. А. Ф. Иоффе

Автореферат разослан « 14 » января 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к. ф.-м. н

А. А. Петров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Развитие электроники, которое в последнее десятилетие характеризуется стремительным ростом быстродействия и объема обрабатываемой информации, задает современной науке жёсткие требования по выбору объектов и методов исследований. В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем физики твёрдого тела является поиск методов управления магнитными состояниями на сверхкоротких временах. В первую очередь это связано с тем, что классические магнитные устройства хранения информации, принцип работы которых основан на управлении локальной намагниченностью ферромагнитной плёнки при помощи внешнего магнитного поля, достигли предела своего быстродействия. В таких устройствах характерное время перемаг-ничивания магнитного домена определяется релаксационными процессами и не может быть короче 1 наносекунды. Ближайшей целью современных исследований является реализация резонансного метода управления намагниченностью, когда вызванные внешним воздействием изменения происходят на частоте ферромагнитного резонанса с характерными временами на несколько порядков короче.

В настоящее время рассматриваются различные подходы к управлению магнитным порядком ферромагнетиков, альтернативные воздействию внешнего магнитного поля. Так сверхбыстрые изменения намагниченности могут происходить под действием сверхкоротких световых импульсов, которые, однако, вносят существенное возбуждение в другие подсистемы ферромагнетика. Другой способ управления, подтвердивший свою эффективность в стационарных экспериментах, основан на чувствительности намагниченности к деформации. Методы пикосекундной акустики, которые позволяют оптически генерировать в твёрдых телах пикосекундные импульсы деформации большой амплитуды, являются уникальным сочетанием этих двух различных подходов и могут стать эффективным инструментом по сверхбыстрому управлению намагниченностью в тонких пленках ферромагнетиков. До настоящего времени при исследовании сверхбыстрых динамических магнитных процессов в ферромагнитных структурах методы пикосекундной акустики не применялись.

Эффективность воздействия импульсов деформации, которые являются когерентными акустическими волновыми пакетами с широким спектром, на магнитную подсистему ферромагнетика определяется плотностью состояний акустических колебаний на частоте ферромагнитного резонанса. Способностью выделять из широкого акустического спектра когерентные упругие колебания гигагерцовых частот обладают структуры, получившие название гиперзвуковых фононных кристаллов. В таких структурах периодическая модуляция акустического импеданса с пространственным периодом ~100 нм приводит к формированию запрещённых фононных зон, и локализованные колебания с соответствующей частотой могут демонстрировать аномально высокую спектральную плотность. Однако до настоящего времени кинетика возбуждения и распространения упругих колебаний в трёхмерных гиперзвуковых фононных кристаллах оставалась не изученной.

Таким образом, целью работы является исследование динамических магнитных эффектов, индуцированных пикосекундными импульсами деформации в тонких ферромагнитных плёнках, а также изучение кинетики возбуждения и распространения когерентных упругих колебаний в плёнках трёхмерных фо-нонных кристаллов. В качестве модельных объектов для исследования были выбраны плёнки ферромагнитных полупроводников, демонстрирующие высокую чувствительность магнитных свойств к деформации, и плёнки синтетических опалов, проявляющие уникальное сочетание свойств фононных и фотонных кристаллов.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

1. динамические магнитные свойства ферромагнетика исследуются сочетанием методов пикосекундной акустики и сверхбыстрой магнитооптической спектроскопии;

2. осуществлена сверхбыстрая модуляция намагниченности ферромагнитной плёнки под действием пикосекундного импульса деформации;

3. осуществлено селективное возбуждение стоячей спиновой волны под действием когерентного акустического волнового пакета с широким спектром;

4. в трёхмерном гиперзвуковом фононном кристалле в реальном времени зафиксирован процесс выделения из широкого акустического спектра локализованных когерентных упругих колебаний гигагерцовых частот.

Научное и практическое значение работы состоит в том, что в ней экспериментально продемонстрирован новый способ сверхбыстрой модуляции намагниченности ферромагнетиков, который может стать основой для создания сверхбыстрого метода управления намагниченностью в устройствах хранения информации. Помимо этого предложенные в работе подходы и решения позволяют исследовать динамические магнитные свойства ферромагнитных материалов с высоким временным разрешением. Получена принципиально важная информация о механизмах взаимодействия когерентных гиперзвуковых колебаний с магнитной подсистемой ферромагнитных полупроводников, которая при этом отражает общие закономерности резонансных магнитоакустических процессов в ферромагнетиках. Принципиально важным является также экспериментальное подтверждение существования полной запрещённой фононной зоны в плёнках синтетических опалов, что открывает широкие перспективы по управлению резонансными акустическими явлениями в гигагерцовом и субте-рагерцовом диапазонах.

Основные положения, выносимые на защиту: □ Разработан экспериментальный метод исследования резонансного взаимодействия когерентных ГГц акустических волн и магнитной подсистемы в на-нометровых ферромагнитных плёнках, основанный на сочетании методов пикосекундной акустики и сверхбыстрой магнитооптической спектроскопии. Разработанный метод позволяет получать новую информацию о магнитоаку-стическом взаимодействии и является основой для сверхбыстрого управления намагниченностью ферромагнитных наноструктур.

□ Инжектированный в плёнку ферромагнитного полупроводника (Ga,Mn)As, пикосекундный импульс деформации вызывает сверхбыструю модуляцию магнитокристаллической анизотропии, что приводит к когерентной прецессии намагниченности на частоте ферромагнитного резонанса.

□ При приложении внешнего магнитного поля перпендикулярно плоскости ферромагнитной плёнки (Ga,Mn)As кинетика намагниченности описывается с высокой точностью численной моделью, в которой деформация вдоль оси роста структуры вызывает прямопропорциональное изменение перпендикулярного одноосного поля анизотропии.

□ Кинетический сигнал полярного керровского вращения, измеренный в ферромагнитном (Ga,Mn)As и обусловленный прецессией намагниченности, содержит вклад от гигантского магнитного линейного дихроизма, присущего (Ga,Mn)As. В результате временная эволюция керровского сигнала зависит от взаимной ориентации плоскости поляризации пробирующего света и стационарной ориентации намагниченности в плоскости ферромагнитного слоя.

□ Экспериментально продемонстрировано селективное возбуждение стоячих спиновых волн в нанометровых ферромагнитных слоях под действием субте-рагерцовых акустических волновых пакетов с широким спектром. Селективное возбуждение одиночной спиновой моды обусловлено пространственным перекрытием волновых функций спиновой волны и резонансной с ней по частоте фононной моды.

□ При возбуждении когерентного акустического волнового пакета в плёнках синтетических опалов наблюдается аномально долгое время жизни упругих колебаний кварцевых сфер на определённой частоте. Это является экспериментальным доказательством наличия полной запрещённой фононной зоны, приводящей к локализации у поверхности упругих мод с частотой, соответствующей её спектральному положению.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на научных семинарах в ФТИ им. А.Ф. Иоффе (лаб. Каплянского, лаб. Кусраева, низкоразмерный семинар), СПбГУ и TU Dortmund (Германия), а также на следующих российских и международных конференциях: Российская молодёжная конференция по физике и астрономии "ФизикА.СПб" (Санкт Петербург, 2009); 13-я и 14-я Международные конференции по рассеянию фононов в твёрдых телах "Phonons 2010, 2012" (Тайпей, Тайвань, 2010 и Эн Арбор, США, 2012); Международная летняя школа "Son et Lumier (Свет и звук)" 2010 (Каржез, Франция) и 2012 (Лезуш, Франция); Международная летняя школа " Наномате-риалы на основе неорганических материалов" (Каржез, Франция, 2011), Научное совещание «Опалоподобные структуры» (Санкт-Петербург, 2010; работа отмечена призом за лучший доклад среди молодых учёных).

Публикации. Основные результаты проведённых исследований опубликованы в 6-ти печатных работах, список которых приведён в конце диссертации.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 210 наименований. Общий объём работы - 158 страниц машинописного текста, включая 31 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована основная цель работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В ней рассмотрены основные методы пикосекундной акустики и основные результаты, полученные при исследовании гетеро- и наноструктур этими методами, а также основные свойства плёнок разбавленных ферромагнитных полупроводников.

Во второй главе подробно представлен разработанный в рамках диссертации метод возбуждения когерентной прецессии намагниченности ферромагнитных полупроводников пикосекундными импульсами деформации, и приведены результаты экспериментов с плёнками ферромагнитного (Ga,Mn)As.

В экспериментах исследовались три плёнки ферромагнитного (Ga,Mn)As, у которых отличались толщина (100, 200 и 300 нм) и доля марганца (2.5%, 5% и 2.5% соответственно). Все структуры были выращены методом низкотемпературной молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs.

Магнитокристаллическая анизотропия исследуемых плёнок описывается разложением свободной энергии по направлениям намагниченности. В состав разложения входят поля кубической и одноосной анизотропии, значения которых определяются симметрией кристалла и изменяются под воздействием приложенной деформации. Направления, соответствующие минимумам свободной энергии в отсутствие вешнего магнитного поля, называются лёгкими осями намагничивания, а максимумам - трудными осями намагничивания. Обычно в плёнках (Ga,Mn)As с умеренным содержанием Мп, выращенных на подложках GaAs, лёгкие оси лежат в плоскости слоя вдоль направлений [100] и [010], а трудная ось - вдоль направления [001] по нормали к плоскости. Такой характер магнитной анизотропии имели все исследуемые в работе ферромагнитные плёнки, что подтверждено экспериментально измеренными стационарными кривыми намагничивания.

Внешнее магнитное поле В, приложенное по нормали к плёнке вдоль оси трудного намагничивания, выводит намагниченность M из плоскости, и направление А? задаётся полярным углом в (см. Рис. 1(а)). Можно ввести эффективное магнитное поле Вэфф, вдоль которого в равновесии направлена намагниченность. Направление Вэфф определяется балансом между внешним полем

В и полями магнитокристаллической анизотропии. Идея эксперимента заключается в том, чтобы инжектировать в образец пикосекундный импульс деформации и вызвать сверхбыстрые изменения полей магнитокристаллической ани-

10011 м ф

Задержка 20 не

Чг

А1 плёнка

<

с

К,

л о

баАБ

(а)

(б)

Ъ ¡1

зотропии и, соответственно, направления В, фф . Изменение направления эффективного поля вызовет прецессию намагниченности.

В приведённых исследованиях пикосе-кундные импульсы деформации генерировались оптически с использованием известных методов пикосекундной акустики [1]. Схема опыта показана на Рис. 1(6). Роль оптоаку-стического преобразователя играла алюминиевая плёнка толщиной 100 нм, напылённая на обратную сторону образца. Луч фемтосе-кундного лазера с длиной волны 800 нм, длительностью импульсов 200 фс, частотой повторений 100 кГц и плотностью возбуждения 3 мДж/см2, сфокусированный на алюминиевой плёнке, возбуждал в ней пикосе-кундные импульсы деформации ам-

плитудой до 104 и длительностью -10 пс (Рис. 1(в)), которые впрыскивались в подложку и распространялись в сторону ферромагнитной плёнки со скоростью продольного звука. Достигая (Оа,Мп)А.$, импульсы деформации проходили в магнитную плёнку, доходили до ее открытой границы, отражались и уходили обратно в подложку. Характерное время распространения импульса деформации в ферромагнитной плёнке составляло ~10-4 00 пс.

Вызванные импульсом деформации сверхбыстрые изменения магнитокри-сталлической анизотропии приводили к возбуждению когерентной прецессии намагниченности (Рис. 1(а)), которая детектировалась оптически с субпикосе-кундным временным разрешением. Принцип детектирования основан на магнитооптическом эффекте Керра, при котором плоскость поляризации лазерного луча, отражённого от (Оа,Мп)Аз, поворачивалась на угол, пропорциональный нормальной компоненте намагниченности. Детектирующий луч был отведён от того же лазера, что и возбуждающий, и фокусировался на поверхности (Оа,Мп)Аз точно напротив фокусного пятна возбуждающего луча. Временное разрешение было реализовано путём изменения задержки между импульсами возбуждающего и детектирующего лучей. Во время измерений образец находился в оптическом гелиевом криостате при постоянной температуре 6К. Внешнее магнитное поле создавалось сверхпроводящим соленоидом.

На Рис. 2(а) показан экспериментальный кинетический сигнал - зависимость угла поворота плоскости поляризации, «г, от времени задержки. За точку отсчёта принят момент входа импульса деформации в ферромагнитный слой.

10 20 Время, пс

Рис. 1. а) Геометрия эксперимента; б) схема эксперимента; в) временной профиль импульса деформации.

Сигнал может быть разделён на три интервала, на каждом из которых наблюдается различный характер колебаний. Колебания, наблюдаемые до того, как импульс деформации вошёл в ферромагнитный слой, вызваны бриллюэновским рассеянием света на распространяющемся импульсе деформации. Их вклад в сигнал обусловлен магнитным циркулярным дихроизмом подложки. Подобную природу имеют и осцилляции, наблюдаемые на временном интервале от нуля до 120 не, когда импульс деформации распространяется в ферромагнитном слое. Описанные составляющие сигнала не связаны с кинетикой намагниченности и подробно обсуждаются в работе [2]. В настоящей работе производится анализ экспериментальных сигналов на временном интервале г >120 пс после того, как импульс деформации покинул ферромагнитный слой. Наблюдаемые на данном интервале долгоживущие низкочастотные осцилляции обусловлены исключительно прецессией намагниченности.

Кинетические сигналы были измерены во всех исследуемых структурах при разных значениях внешнего поля, плотности возбуждения, температуры. Проведённые исследования однозначно показывают, что когерентная прецессия намагниченности индуцирована импульсом деформации. Качественно сигналы, полученные на различных структурах при идентичных экспериментальных условиях, не отличаются. Незначительно отличаются лишь частота и амплитуда колебаний, обусловленных прецессией намагниченности. Различия связаны с особенностями магнитокристаллической анизотропии структур, которая изменяется в зависимости от концентрации марганца и толщины ферромагнитной плёнки.

Анализ воздействия импульса деформации на магнитокристаллическую анизотропию ферромагнитного (Оа,Мп)А5 сводится к тому, чтобы определить, на какой угол отклоняется эффективное поле под действием динамической деформации, и какова реакция намагниченности на это отклонение. Для этого была предложена численная модель, в которой распространение импульса деформации в (Са,Мп)АБ рассматривается как изменение во времени деформации всей плёнки: = = ' (г, (Рис. 2(6)). Для упрощения ана-

Н г/ ■>

0 200 400 600 Время, пс

0.4

о 0.2 ¿0.0 -0.2

2Де I /| \ (б> Л

АЕ \ /

0 20 40 60 80 100 120 Время, пс

Рис. 2. а) Кинетический сигнал керовского вращения, полученный от плёнки Gao95Mno.o.sAs толщиной 200 нм в магнитном поле В-80 мТл. б) Изменения деформации плёнки во времени. Штриховой линией показана аппроксимация ступенчатыми функциями.

га н о t-о го 3"

2.0

ч

го

CL

1.5

5 ф

"О

1.0

0.5

0.0

(а)

(б)

0

50

200 250

100 150 Поле, мТл Рис. 3. а) Полевые зависимости частоты ферромагнитного резонанса, рассчитанной из параметров магнитокристаллической анизотропии исследуемой структуры (сплошная), и частоты прецессии намагниченности, полученной из эксперимента (точки); б) экспериментальная (точки) и расчётная (сплошная) полевые зависимости коэффициента отклонения В,фф вдоль оси роста структуры.

лиза эти временные изменения аппроксимированы набором ступенчатых функций, как показано штриховой линией на Рис. 2(6).

В тот момент, когда деформация плёнки вдоль оси роста изменяется скачком на величину Ае, эффективное поле отклоняет-

ля с1в л

ся вертикально на угол А в = Ае, пропорциональный приложенной деформации. Такой характер модуляции эффективного поля соответствует изменению под действием деформации только одного параметра магнитокристаллической анизотропии: поля одноосной перпендикулярной анизотропии. В результате такого отклонения вектора Бэфф и М оказываются неколлинеарны, и намагниченность начинает прецессиро-вать вокруг Вэфф. Прецессия вокруг этой

оси продолжается до тех пор, пока деформация не изменит своего значения. Это

приведёт к изменению положения В

эфф >

значит, и оси прецессии намагниченности. Таким образом, всё время, пока импульс деформации находится в слое (Са,Мп)А8, прецессионное движение намагниченности имеет довольно сложную траекторию. Лишь после того, как импульс покинет слой, и эффективное поле вернется к своему равновесному направлению, будет наблюдаться затухающая прецессия намагниченности, по завершению которой намагниченность вновь выстроится параллельно эффективному полю.

Аппроксимация экспериментальных сигналов кривыми, полученными в результате моделирования кинетики намагниченности, показана красной линией на Рис 2(а). Задачей анализа было нахождение для каждого экспериментального сигнала частоты прецессии и величины коэффициента с!в с/е12, связывающего отклонение В.^ф с величиной приложенной деформаци Ае. Полевые зависимости частоты прецессии и коэффициента с16 с1е, полученные с использованием предложенной модели, имеют хорошее согласие с результатами расчётов, проведённых в рамках феноменологического подхода [3], и представлены на Рис. 3. Сплошными кривыми на Рис. 3(а) и 3(6) показаны расчетные зависимости, полученные из стационарных измерений кривых намагничивания и ферромагнитного резонанса. Наблюдается прекрасное согласие результатов кинетических и стационарных измерений. Таким образом, можно утверждать, что во внешнем магнитном поле, приложенном перпендикулярно плоскости плён-

ки, кинетика намагниченности, вызванная импульсом деформации, определяется изменением только перпендикулярного одноосного поля анизотропии.

Как видно из Рис. 3(а), частота прецессии, возбуждаемой импульсом деформации, совпадает с частотой ферромагнитного резонанса в исследуемой структуре. Можно сказать, что когерентная прецессия намагниченности возбуждается резонансными акустическими колебаниями, входящими в когерентный волновой пакет пикосекундного импульса деформации, и частота этих колебаний совпадает с частотой ферромагнитного резонанса [3]. При низкой частоте прецессии, когда длина волны резонансного фонона значительно превышает толщину ферромагнитной плёнки, воздействие импульса деформации может сводиться к модуляции толщины плёнки, и предложенная в данной главе модель хорошо описывает экспериментальные результаты. Однако, в случае прецессии с высокой частотой, когда длины волн резонансных фононов сравнимы с толщиной ферромагнитной плёнки, становятся важными волновые свойства импульса деформации и магнитных возбуждений. Процесс возбуждения прецессии намагниченности в данном случае потребует изучения механизмов взаимодействия резонансных фононов со стоячими спиновыми волнами в плёнках (Оа,Мп)Аз.

Этой задаче посвящена третья глава настоящей диссертации. В данной главе представлены результаты экспериментов по возбуждению прецессии намагниченности, когда внешнее поле приложено в плоскости ферромагнитной плёнки вдоль лёгкой оси в направлении [100]. В такой экспериментальной геометрии частота ферромагнитного резонанса растёт вместе с приложенным полем. При этом амплитуда прецессии остается значительной, что позволяет исследовать отклик магнитной системы в широком диапазоне магнитных полей и резонансных частот.

В проведённых экспериментах использовалась плёнка Gao.95Mn0.05As толщиной 200 нм. Генерация импульсов деформации осуществлялась с использованием описанных выше методов пикосекундной акустики, а детектирование кинетики намагниченности осуществлялось оптически. Однако, при такой экспериментальной геометрии поворот плоскости поляризации отражённого света обусловлен не только магнитным циркулярным дихроизмом, но и содержит вклад гигантского магнитного линейного дихроизма, присущего (Са,Мп)Ая [4]. В результате вклад в детектируемый сигнал даёт не только модуляция нормальной компоненты намагниченности, но и модуляция проекции намагниченности в плоскости слоя. Вклад в кинетический сигнал, обусловленный гигантским линейным дихроизмом, определяется взаимной ориентацией намагниченности и электрического поля световой волны пробирующего импульса, поэтому сигналы керровского вращения, измеренные при четырех различных взаимных ориентациях намагниченности и плоскости поляризации, позволяют разделить кинетику нормальной и продольной компонент намагниченности.

В измеренных кинетических сигналах, один из которых представлен на Рис. 4(а), заметны биения, свидетельствующие о наличии нескольких частот

.450 мТл 400 мТл 350 мТл

300 мТл

250 мТл А

200 мТл А

150 мТл

100 мТл ./V

50 мТл

40 мТл

30 мТл

............ 10 мТл

-/"""V В= 0 мТл

о.

Ё ф

с О

0.5 1.0 0 5 10 15 20 25

Время, не Частота, ГГц

Рис. 4. а) Кинетический сигнал, измеренный в поле ¿7=100 мТл, приложенном в плоскости слоя, когда вектор электрического поля пробирующего луча параллелен намагниченности, б) Полевая зависимость Фурье-спектров кинетических сигналов.

прецессии намагниченности. Фурье-анализ наблюдаемых осцилляции показал наличие в спектре двух линий, частота которых растёт с приложенным полем, как видно на Рис. 4(6). Расщепление между линиями остаётся постоянным во всём диапазоне полей. Главным результатом измерений является наблюдение в поле В=225±25 мТл лишь одного низкочастотного пика на частоте 12 ГГц в то время, как спектральная амплитуда второго пика равна нулю.

Наличие нескольких спектральных линий может быть объяснено возбуждением в ферромагнитной пленке нескольких стоячих спиновых волн пикосе-кундным импульсом деформации. При этом каждый пик может быть соотнесён с определённой спиновой модой. Подобное возбуждение спиновых волн в (Са,Мп)Аз было осуществлено оптическими методами ранее в работе [5], однако в этой работе не наблюдалось зависимости относительных амплитуд спиновых волн от поля: они оставались постоянными во всем диапазоне полей.

Для объяснения экспериментальных результатов необходимо решить уравнение Ландау-Лифшица с учетом обменного взаимодействия. Для решения был использован формализм модового разложения намагниченности. Расчёт показывает, что амплитуда возбуждаемых спиновых волн пропорциональна интегралу пространственного перекрытия волновых функций спиновой волны и фонона, резонансного с ней. Волновые функции спиновых волн определяются граничными условиями, задающими положение намагниченности на границах ферромагнитной пленки. Известно несколько типов таких условий, однако вопрос о применимости того или иного типа остаётся открытым. В настоящей диссертации рассмотрены основные известные граничные условия, однако селективность возбуждения спиновых волн пикосекундным импульсом деформации наилучшим образом описывается при использовании граничных условий закрепления, при которых волновые функции спиновых волн имеют узлы на границах ферромагнитной плёнки, как показано на Рис. 5(б)-(г) для трех низших спиновых мод с номерами п= 0,1,2. При этом узел на открытой границе ферромагнитной плёнки имеют и все спектральные компоненты импульса деформации.

В граничных условиях закрепления намагниченности величина расщепления спиновых мод пренебрежимо мала по сравнению с частотой нижайшей спиновой моды, и можно принять, что спиновые моды высших порядков имеют ту же частоту, что и нижайшая мода. Таким образом, фонон на частоте нижайшей спиновой моды должен возбудить все спиновые моды, с которыми его волновая функция имеет ненулевой интеграл перекрытия. Частота возбуждаемых спиновых волн, а значит и частота резонансного с ними фо-нона, определяются величиной магнитного поля. И при определённом значении магнитного поля волновая функция резонансного фонона будет иметь узлы на двух границах ферромагнитной плёнки, как показано штриховой линией на Рис 5(а). В таком случае интеграл перекрытия будет ненулевым только для одной спиновой волны (для случая, представленного на Рис. 5, спиновая волна п=0), а значит, только эта спиновая волна будет возбуждена импульсом деформации. В исследуемой плёнке толщиной 200 нм такое пространственное распределение в ферромагнитном слое имеет спектральная компонента импульса деформации с частотой 12 ГГц. Именно при такой частоте прецессии наблюдается одиночная линия в Фурье-спектрах керровского сигнала, что подтверждает предложенную модель селективного возбуждения.

Таким образом показано, что пикосекундный импульс деформации с широким акустический спектром возбуждает спиновые волны в ферромагнитном (Са,Мп)А$. Амплитуда возбуждаемых спиновых волн зависит от пространственного перекрытия волновых функций спиновой волны и резонансного фонона, что приводит в определённых условиях к селективному возбуждению одной спиновой моды.

С учетом резонансного характера взаимодействия пикосекундного импульса деформации с намагниченностью ферромагнитных полупроводниковых слоев, можно ожидать высокую эффективность такого взаимодействия, если спектральная плотность упругих колебаний генерируемого волнового пакета на резонансной частоте будет максимальной. Способностью выделять из широкого акустического спектра узкую спектральную линию обладают периодические резонансные фононные структуры - фононные кристаллы. Наибольшей эффективностью при этом обладают трёхмерные структуры, в которых возможно формирование полной запрещённой фононной зоны. К таким структурам относятся синтетические опалы, в которых период модуляции акустического импеданса в несколько сотен нанометров приводит к возникновению фононных

ч<а) N

4,(6)

/ п=0

-\(в)

\

\У

(Г)

/ /г=2\

V V

0 100 200 2, нм

Рис. 5. а) Пространственный профиль упругой волны на частоте 12 ГГц, на которой происходит селективное возбуждение спиновых волн; (б)-(г) пространственные профили спиновых волн с разными номерами, рассчитанные с учётом граничных условий закрепления.

а.

<i

х

О

О 500 1000 1500 5

10 15 20 25 Частота, ГГц

Время, пс

Рис. 6. а) Экспериментальный сигнал, представленный как временная зависимость относительных изменений интенсивности отражённого света. Ма вкладке показан оптический спектр отражения исследуемой опаловой плёнки, измеренный под углом падения 13°. Длина волны используемого лазера, 800 нм, попадает на крыло фотонной стон-зоны, б) Фурье-спектры экспериментальных сигналов, рассчитанные на отрезках 0-660 пс (чёрная кривая) и 0-1600 пс (красная кривая).

стоп-зон в гигагерцовой области частот, что совпадает с характерной частотой ферромагнитного резонанса большинства ферромагнитных структур. В работе [6] было теоретически показано, что в плёнках синтетических опалов возможно наличие полной запрещённой фононной зоны на частоте =10 ГГц. Таким образом, становится актуальным исследование генерации и распространения пико-секундных импульсов деформации в пространственно-периодических фонон-ных структурах с периодом -100 нм.

Глава 4 посвящена исследованию генерации и распространению гиперзвуковых колебаний в плёнках синтетических опалов. Синтетический опал состоит из слоев плотноупакованных сфер БЮт. Для формирования запрещённой фононной зоны в опале необходимы регулярные механические связи между сферами, потому для исследований было выращено 10 плёночных синтетических опалов с различными коэффициентами спекания (синтерингом) / = /?2а-1, определяющими степень взаимного проникновения сфер друг в друга, где О - диаметр сфер, 2а - расстояние между центрами соседних сфер. Из [6] известно, что с ростом синтеринга ширина полной фононной зоны снижается, а после определённого значения фононные зоны исчезают вовсе, т.к. с повышением степени спекания акустические свойства опала всё больше приближаются к свойствам объёмного НЮ2.

Исследуемые образцы плёнок синтетических опалов состояли из сфер а-

диаметром 350 нм, осаждённых на стеклянные подложки. Структуры содержали 5-10 плотноупакованных слоев сфер. Для инжектирования импульсов деформации алюминиевая плёнка наносилась непосредственно на поверхность опала, а детектирование осуществлялось со стороны прозрачной подложки. Принцип детектирования основан на том, что опал является фотонным кристаллом, то есть в спектре его оптического отражения присутствуют фотонные стоп-зоны, положение которых определяется размером шаров. Упругие колебания изменяют размеры шаров и, как следствие, приводят к модуляции оптических свойств опала. Эта модуляция может быть зафиксирована по изменению

отражения света с длиной волны, соответствующей фотонной стоп-зоне. Максимальная чувствительность детектирования возможна, когда длина волны пробирующего лазера попадает на крыло фотонной стоп-зоны. Характерный спектр отражения исследуемой структуры показан на вставке в Рис. 6(а).

На Рис. 6(а) показан кинетический сигнал, измеренный в структуре с минимальным коэффициентом спекания /{' = 4.6х1(Г3. Нулевой момент времени соответствует приходу возбуждающего импульса в алюминиевую плёнку, после чего наблюдается колебательное поведение интенсивности. Форма кинетического сигнала не зависит от параметров эксперимента таких, как плотность возбуждения, число слоев, угол падения пробирующего луча, а зависит лишь от параметров образца. Независимость формы сигнала от угла падения говорит о том, что основной вклад в процесс детектирования дают колебания приповерхностных сфер вблизи алюминиевой плёнки.

Чтобы определить частотный состав возбуждаемых колебаний, были рассчитаны их Фурье-спектры. При этом Фурье-анализ производился как для всего временного диапазона, так и в выбранном узком временном интервале. В начальный момент времени (до 660 пс, чёрная линия на Рис. 6(6)) возбуждается широкий спектр колебаний с центральной частотой 10-12 ГГц. Это частота хорошо согласуется с частотой лэмбовской колебательной моды одиночных сфер [6]. В спектре на большом временном окне шириной 1600 пс, видна узкая интенсивная линия на частоте 7.5 ГГц, а колебаний на частоте 10-12 ГГц не наблюдается. Мы можем сделать вывод, что высокочастотные колебания, возбуждаемые в начальный момент времени, быстро покидают поверхность и распространяются в объём опала, где затухают. А мода на частоте 7.5 ГГц оказывается локализованной у поверхности и имеет значительно большее время жизни.

Сравнение экспериментальных результатов с теоретическими, представленными в работе [6] для плёнок идеального опала, говорит о том, что частота долгоживущей моды, обнаруженной в эксперименте, совпадает с расчетным положением запрещённой фононной зоны. Это подтверждает предположение о локализации вблизи поверхности моды на 7.5 ГГц. Также в пользу локализации колебаний говорит и то, что в реальном опале всегда присутствует доля разупо-рядоченности и нерегулярностей связей, что приводит к быстрой потере когерентности и затуханию распространяющихся мод. Следовательно, долгое время жизни может наблюдаться лишь у локализованных упругих колебаний. В структурах с большим коэффициентом синтеринга, при котором полная фонон-ная зона не формируется, долгоживущих поверхностных колебаний не обнаружено.

Таким образом, в плёнках синтетических опалов с малым коэффициентом синтеринга была экспериментально показана возможность локализации гигагерцовых упругих колебаний, частота которых лежит в том же диапазоне, что и частота ферромагнитного резонанса многих ферромагнетиков.

В заключении приводятся основные выводы работы, которые также даны в конце каждой главы.

Библиография разделена на две части: в первой представлены работы автора, в которых опубликованы основные результаты исследований по теме диссертации, а во второй части приведена цитируемая литература.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Разработан метод возбуждения когерентной прецессии намагниченности плёнок ферромагнитного (Ga,Mn)As при помощи пикосекундных импульсов деформации. Метод может стать основой для сверхбыстрого управления магнитным порядком ферромагнитных наноструктур. Также с использованием этого метода может быть получена информация о динамических магнитных свойствах ферромагнитных полупроводников.

2. Показано, что при приложении внешнего магнитного поля перпендикулярно плоскости слоя, кинетика намагниченности, вызванная воздействием пикосекундного импульса деформации, обусловлена изменением величины поля одноосной перпендикулярной анизотропии.

3. Впервые при помощи пикосекундных акустических импульсов были возбуждены стоячие спиновые волны в ферромагнитном (Ga,Mn)As. Амплитуда спиновых волн определяется пространственным перекрытием волновых функций спиновой волны и резонансного фонона на частоте спиновой волны, что допускает возможность селективного возбуждения спиной волны акустическим импульсом с широким спектром.

4. Обнаружены долгоживущие упругие колебания в плёнках синтетического опала, локализованные на поверхности либо дефекте вблизи поверхности плёнки, что является первым экспериментальным подтверждением наличия в синтетическом опале полной запрещённой фонон-ной зоны в гигагерцовой области частот.

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1А. Salasyuk A. S., Scherbakov А. V., Yakovlev D. R. et al. Filtering of Elastic Waves by Opal-Based Hypersonic Crystal // Nanoletters. 2010. Vol. 10. P. 1319-1323.

2A. Scherbakov A. V., Salasyuk A. S., Akimov A. V. et al. Coherent Magnetization Precession in Ferromagnetic (Ga,Mn)As Induced by Picosecond Acoustic Pulses // Physical Review Letters. 2010. Vol. 105. P. 117204.

ЗА. Саласюк А. С., Щербаков А. В., Акимов А. В. и др. Оптические свойства пленок синтетического опала с подрешеткой пор, заполненных медью // Физика твёрдого тела. 2010. Т. 52. С. 1098-1103.

4А. Salasyuk A. S., Scherbakov A. V., Yakovlev D. R. et al. Long-living GHz Vibrations in Opal-based Hypersonic Crystals // Chinese Journal of Physics. 2011. Vol. 49. P. 56.

5A. Bombeck M., Salasyuk A. S., Glavin B. A. et al. Excitation of spin waves in ferromagnetic (Ga,Mn)As layers by picosecond strain pulses // Physical Review B. 2012. Vol. 85. P. 195324.

6A. Akimov I. A., Belotelov V. I., Scherbakov A. V. et al. Hybrid structures of magnetic semiconductors and plasmonic crystals: a novel concept for magneto-optical devices // Journal of the Optical Society of America B. 2012. Vol. 29. No. 2. P. A103-A118.

Цитируемая литература

1. Tas G. and Maris H. J. Electron diffusion in metals studied by picosecond ultrasonics // Physical Review B. 1994. Vol. 49. P. 15046-15054.

2. Thevenard L., Perrone E., Gourdon C. et al. Effect of picosecond strain pulses on thin layers of the ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)(As,P) // Physical Review B. 2010. Vol. 82. P. 104422.

3. Linik T. L., Scherbakov A. V., Yakovlev D. R. et al. Theory of magnetization precession induced by a picosecond strain pulse in ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As // Physical Review B. 2011. Vol. 84. P. 214432.

4. Kimel A. V., Astakhov G. V., Kirilyuk A. et al. Observation of giant magnetic linear dichroism in (Ga,Mn)As // Physical Review Letters. 2005. Vol. 94. P. 227203.

5. Wang D. M., Ren Y. H., Liu X. et al. Light-induced magnetic precession in (Ga,Mn)As slabs: Hybrid standing-wave Damon-Eshbach modes // Physical Review B. 2007. Vol. 75 P. 233308.

6. Akimov A. V., Tanaka Y., Pevtsov A. B. et al. Hypersonic modulation of light in three-dimensional photonic and phononic band-gap materials // Physical Review Letters. 2008. Vol. 101. P. 033902.

Подписано в печать 11.01.13. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 2. Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

Введение

Глава 1. Пнкосекундная акустика (обзор литературы) Ц

§1.1. Экспериментальные методы пикосекундной акустики. Ц

1.1.1. Генерация пикосекупдных штульсов деформации.

1.1.2. Детектирование пикосекупдных штульсов деформации.

1.1.3. Распространение пикосекупдных импульсов деформации.

§ 1.2. Пикосекундная акустика в наноструктурах.

1.2.1. Полупроводниковые диоды и гетероструктуры.

1.2.2. Полупроводниковые сверхрешётки.

1.2.3. Оптические микрорезонаторы и фононные „ нанорезонаторы.

§1.3. Ферромагнитные полупроводники.

1.3.1. Природа ферромагнетизма в ферромагнитных ^ полупроводниках.

1.3.2. Магнитная анизотропия (Са,Мп)А$.

Глава 2. Сверхбыстрое управление намагниченностью ферромагнитных полупроводников методами 44 пикосекундной акустики.

§2.1. Методы управления намагниченностью. Постановка задачи.

§ 2.2. Экспериментальная методика. Исследуемые структуры.

2.2.1. Идея эксперимента.

2.2.2. Схема эксперимента.

2.2.3. Принцип детектирования кинетики намагниченности.

2.2.4. Исследуемые структуры.

§ 2.3 Основные экспериментальные результаты.

2.3.1. Стационарные кривые намагниченности.

2.3.2. Кинетические сигналы, индуцированные пикосекундными ^ импульсами деформации.

2.3.3. Вклад теплового импульса в кинетический сигнал.

2.3.4. Зависимости от плотности возбуждения.

2.3.5. Полевые зависимости кинетических сигналов.

§ 2.4. Обсуждение экспериментальных результатов.

2.4.1. Механизм возбуждения прецессии намагниченности.

2.4.2. Распространение импульса деформации в ферромагнитном слое.

2АЗ.Влияние импульса деформации на магнитокристаллическую анизотропию. Моделирование прецессии намагниченности.

2.4.4. Сравнение модельных расчётов с теорией. Основные выводы главы 2.

Глава 3. Селективное возбуждение спиновых волн в ферромагнитных полупроводниковых плёнках методами 80 пикосекундной акустики.

§3.1. Постановка задачи.

§ 3.2. Описание эксперимента.

3.2.1. Идея эксперимента.

3.2.2. Схема эксперимента.

3.2.3. Особенности детектирования кинетики намагниченности в поперечном магнитном поле.

§ 3.3. Экспериментальные результаты.

3.3.1. Кинетические сигналы.

3.3.2. Кинетика осцилляции проекций намагниченности.

3.3.3. Фурье-анализ осцилляции намагниченности.

§ 3.4. Обсуждение результатов.

3.4.1. Анализ кинетики намагниченности. Уравнение Ландау-Лифшица.

3.4.2. Анализ Фурье-компонент гшпулъса деформации.

3.4.3. Пространственная форма стоячих спиновых волн. Граничные условия.

3.4.4. Сравнение теории с экспериментом. 107 Основные выводы главы 3.

Глава 4. Возбуждение и детектирование упругих колебаний в гиперзвуковых фотонно-фононных кристаллах.

§4.1. Гиперзвуковые кристаллы. Постановка задачи.

§ 4.2. Оптические и акустические свойства плёночных синтетических ^ ^ опалов.

4.2.1. Оптические свойства синтетических опалов.

4.2.2. Акустические свойства синтетических опалов.

§ 4.3. Экспериментальная методика. Исследуемые структуры. Ц

4.3.1. Идея эксперимента.

4.3.2. Схема эксперимента.

4.3.3. Исследуемые структуры.

§ 4.4. Экспериментальные результаты.

4.4.1. Кинетические сигналы.

4.4.2. Эластооптический эффект в опалах. Угловая зависимость кинетических сигналов.

§ 4.5. Обсуждение результатов.

4.5.1. Фурье-анализ кинетических сигналов.

4.5.2. Спектрально-временная эволюция возбуждаемых мод. ^^ Сравнение с теорией.

Актуальность темы. Развитие электроники, которое в последнее десятилетие характеризуется стремительным ростом быстродействия и объёма обрабатываемой информации, задает современной науке жёсткие требования по выбору объектов и методов исследований. В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем физики твёрдого тела является поиск методов управления магнитными состояниями на сверхкоротких временах. В первую очередь это связано с тем, что классические магнитные устройства хранения информации, принцип работы которых основан на управлении локальной намагниченностью ферромагнитной плёнки при помощи внешнего магнитного поля, достигли предела своего быстродействия. В таких устройствах характерное время перемагничивания магнитного домена определяется релаксационными процессами и не может быть короче 1 наносекунды. Ближайшей целью современных исследований является реализация резонансного метода управления намагниченностью, когда вызванные внешним воздействием изменения происходят на частоте ферромагнитного резонанса с характерными временами на несколько порядков короче.

В настоящее время рассматриваются различные подходы к управлению магнитным порядком ферромагнетиков, альтернативные воздействию внешнего магнитного поля. Так сверхбыстрые изменения намагниченности могут происходить под действием сверхкоротких световых импульсов, которые, однако, вносят существенное возбуждение в другие подсистемы ферромагнетика. Другой способ управления, подтвердивший свою эффективность в стационарных экспериментах, основан на чувствительности намагниченности к деформации. Методы пикосекундной акустики, которые позволяют оптически генерировать в твёрдых телах пикосекундные импульсы деформации большой амплитуды, являются уникальным сочетанием этих двух различных подходов и могут стать эффективным инструментом по сверхбыстрому управлению намагниченностью в тонких пленках ферромагнетиков. До настоящего времени при исследовании сверхбыстрых динамических магнитных процессов в ферромагнитных структурах методы пикосекундной акустики не применялись.

Эффективность воздействия на магнитную подсистему ферромагнетика импульсов деформации, являющихся когерентными акустическими волновыми пакетами с широким спектром, определяется плотностью состояний акустических колебаний на частоте ферромагнитного резонанса. Способностью выделять из широкого акустического спектра когерентные упругие колебания гигагерцовых частот обладают структуры, получившие название гиперзвуковых фононных кристаллов. В таких структурах периодическая модуляция акустического импеданса с пространственным периодом — 100 нм приводит к формированию запрещённых фононных зон, и локализованные колебания с соответствующей частотой могут демонстрировать аномально высокую спектральную плотность. Однако до настоящего времени кинетика возбуждения и распространения упругих колебаний в трёхмерных гиперзвуковых фононных кристаллах оставалась не изученной.

Таким образом, целью работы является исследование динамических магнитных эффектов, индуцированных пикосекундными импульсами деформации в тонких ферромагнитных плёнках, а таюке изучение кинетики возбуждения и распространения когерентных упругих колебаний в плёнках трёхмерных фононных кристаллов. В качестве модельных объектов для исследования были выбраны плёнки ферромагнитных полупроводников, демонстрирующие высокую чувствительность магнитных свойств к деформации, и плёнки синтетических опалов, проявляющие уникальное сочетание свойств фононных и фотонных кристаллов.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

1. динамические магнитные свойства ферромагнетика исследуются сочетанием методов пикосекундной акустики и сверхбыстрой магнитооптической спектроскопии;

2. осуществлена сверхбыстрая модуляция намагниченности ферромагнитной плёнки под действием пикосекундного импульса деформации;

3. осуществлено селективное возбуждение стоячей спиновой волны под действием когерентного акустического волнового пакета с широким спектром;

4. в трёхмерном гиперзвуковом фононном кристалле в реальном времени зафиксирован процесс выделения из широкого акустического спектра локализованных когерентных упругих колебаний гигагерцовых частот.

Научное и практическое значение работы состоит в том, что в ней экспериментально продемонстрирован новый способ сверхбыстрой модуляции намагниченности ферромагнетиков, который может стать основой для создания сверхбыстрого метода управления намагниченностью в устройствах хранения информации. Помимо этого предложенные в работе подходы и решения позволяют исследовать динамические магнитные свойства ферромагнитных материалов с высоким временным разрешением. Получена принципиально важная информация о механизмах взаимодействия когерентных гиперзвуковых упругих колебаний с магнитной подсистемой ферромагнитных полупроводников, которая при этом отражает общие закономерности резонансных магнитоакустических процессов в ферромагнетиках. Принципиально важным является также экспериментальное подтверждение существования полной запрещённой фононной зоны в плёнках синтетических опалов, что открывает широкие перспективы по управлению резонансными акустическими явлениями в гигагерцовом и субтерагерцовом диапазонах. 7

Основные положения, выносимые на защиту:

Разработан экспериментальный метод исследования резонансного взаимодействия когерентных ГГц акустических волн и магнитной подсистемы в нанометровых ферромагнитных плёнках, основанный на сочетании методов пикосекундной акустики и сверхбыстрой магнитооптической спектроскопии. Разработанный метод позволяет получать новую информацию о магнитоакустическом взаимодействии и является основой для сверхбыстрого управления намагниченностью ферромагнитных наноструктур.

Инжектированный в плёнку ферромагнитного полупроводника (Са,Мп)Аз, пикосекундный импульс деформации вызывает сверхбыструю модуляцию магнитокристаллической анизотропии, что приводит к когерентной прецессии намагниченности на частоте ферромагнитного резонанса.

При приложении внешнего магнитного поля перпендикулярно плоскости ферромагнитной плёнки (Оа,Мп)Аз кинетика намагниченности описывается с высокой точностью численной моделью, в которой деформация вдоль оси роста структуры вызывает прямопропорциональное изменение перпендикулярного одноосного поля анизотропии.

Кинетический сигнал полярного керровского вращения, измеренный в ферромагнитном (Са,Мп)Аз и обусловленный прецессией намагниченности, содержит вклад от гигантского магнитного линейного дихроизма, присущего (Оа,Мп)Аз. В результате временная эволюция керровского сигнала зависит от взаимной ориентации плоскости поляризации пробирующего света и стационарной ориентации намагниченности в плоскости ферромагнитного слоя.

Экспериментально продемонстрировано селективное возбуждение стоячих спиновых волн в нанометровых ферромагнитных слоях под действием субтерагерцовых акустических волновых пакетов с широким 8 спектром. Селективное возбуждение одиночной спиновой моды обусловлено пространственным перекрытием волновых функций спиновой волны и резонансной с ней по частоте фононной моды. При возбуждении когерентного акустического волнового пакета в плёнках синтетических опалов наблюдается аномально долгое время жизни упругих колебаний кварцевых сфер на определённой частоте. Это является экспериментальным доказательством наличия полной запрещённой фононной зоны, приводящей к локализации у поверхности упругих мод с частотой, соответствующей её спектральному положению.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на научных семинарах в ФТИ им. А.Ф. Иоффе (лаб. Каплянского, лаб. Кусраева, низкоразмерный семинар), СПбГУ и TU Dortmund (Германия), а также на следующих российских и международных конференциях: Российская молодёжная конференция по физике и астрономии "ФизикА.СПб" (Санкт Петербург, 2009); 13-я и 14-я Международные конференции по рассеянию фононов в твёрдых телах "Phonons 2010, 2012" (Тайпей, Тайвань, 2010 и Эн Арбор, США, 2012); Международная летняя школа "Son et Lumier (Свет и звук)" 2010 (Каржез, Франция) и 2012 (Лезуш, Франция); Международная летняя школа " Наноматериалы на основе неорганических материалов" (Каржез, Франция, 2011), Научное совещание «Опалоподобные структуры» (Санкт-Петербург, 2010; работа отмечена призом за лучший доклад среди молодых учёных).

Публикации. Основные результаты проведённых исследований опубликованы в 6-ти печатных работах, список которых приведён в конце диссертации.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 210 наименований. Общий

Основные выводы проведенных исследований даны в конце каждой главы. Главные результаты работы сводятся к следующим:

1. Разработан метод возбуждения когерентной прецессии намагниченности плёнок ферромагнитного (Оа,Мп)Ав при помощи пикосекундных импульсов деформации. Метод может стать основой для сверхбыстрого управления магнитным порядком ферромагнитных наноструктур. Также с использованием этого метода может быть получена информация о динамических магнитных свойствах ферромагнитных полупроводников.

2. Показано, что при приложении внешнего магнитного поля перпендикулярно плоскости слоя, кинетика намагниченности под действием пикосекундного импульса деформации обусловлена изменением величины поля одноосной перпендикулярной анизотропии.

3. Впервые при помощи пикоеекундных акустических импульсов были возбуждены стоячие спиновые волны в ферромагнитном (Са,Мп)А§. Амплитуда спиновых волн определяется пространственным перекрытием волновых функций спиновой волны и резонансного фонона на частоте спиновой волны, что допускает возможность селективного возбуждения спиной волны акустическим импульсом с широким спектром.

4. Обнаружены долгоживущие упругие колебания в плёнках синтетического опала, локализованные на поверхности либо дефекте вблизи поверхности плёнки, что является первым экспериментальным подтверждением наличия в синтетическом опале полной запрещённой фононной зоны в гигагерцовой области частот.

Заключение.

В настоящей диссертации представлены результаты оригинальных экспериментов, направленных на изучение взаимодействия когерентных акустических фононов с магнитными возбуждениями в плёнках разбавленных ферромагнитных полупроводников, а также возбуждения и распространения гиперзвуковых колебаний в плёнках синтетических опалов. Исследования проводились с использованием оригинального, разработанного в рамках диссертационной работы, метода возбуждения прецессии намагниченности, позволяющего получать обширную информацию о динамических магнитных свойствах ферромагнитных полупроводников, а также о взаимодействии магнитных возбуждений с когерентными упругими колебаниями на частоте ферромагнитного резонанса. При исследовании плёнок синтетических опалов была получена важная информация о динамике и характере возбуждаемых упругих мод, и экспериментально подтверждено наличие полной запрещённой фононной зоны, лежащей в гигагерцовой области частот, в плёночных синтетических опалах.

1. Truell R., Elbaum С., Chick В. В. Ultrasonic methods in solid state physics. New York: Academic Press, 1969. 464 p.

2. Tomsen C., Strait J., Vardeny Z. et al. Coherent phonon generation and detection by picosecond light pulses // Physical Review Letters. 1984. Vol. 53. P. 989-991.

3. Rullfere C., Amand Т., Marie X. Femrosecond laser pulses, Principles and experiments, Second edition. New York: Springer, 2003. C. 224-237.

4. Tkachenko N. V. Optical Spectroscopy Methods and Instrumentations. Amsterdam: Elsevier, 2006. C. 185-201.

5. Thomsen C., Grahn H. Т., Marris H. J. et al. Surface generation and detection of phonons by picosecond light pulses // Physical Review B. 1986. Vol. 34. P. 4129-4138.

6. Tas G. and Maris H. J. Electron diffusion in metals studied by picosecond ultrasonics // Physical Review B. 1994. Vol. 49. P. 15046-15054.

7. Wright О. B. Ultrafast nonequilibrium stress generation in gold and silver // Physical Review B. 1994. Vol. 49. P. 9985-9988.

8. Brorson S. D., Kazeroonian A., Moodera J. S. et al. Femtosecond room-temperature measurement of the electron-phonon coupling constant у in metallic superconductors // Physical Review Letters. 1990. Vol. 64 P. 2172-2175.

9. Анисимов С. И., Капелиович Б. Л., Перельман Т. Л. Электронная эмиссия с поверхности металлов под действием ультракороткихлазерных импульсов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1974. Т. 66. С. 776.

10. Fujimoto J. G., Liu J. M., Ippen E. P. et al. Femtosecond Laser Interaction with Metallic Tungsten and Nonequilibrium Electron and Lattice Temperatures // Physical Review Letters. 1984. Vol. 53. P. 1837-1840.

11. Saito Т., Matsuda O., Wright О. B. Picosecond acoustic phonon pulse generation in nickel and chromium // Physical Review B. 2003. Vol. 67. P. 205421.

12. Wright О. В., Gusev V. E. Ultrafast generation of acoustic waves in copper // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 1995. Vol.42. P. 331-338.

13. Eesley G. L., Clemens В. M. and Paddock C. A. Generation and detection of picosecond acoustic pulses in thin metal films // Applied Physics Letters. 1987. Vol. 50. P. 717.

14. Gusev V. E., Breteau J. M., Picart P. On the rise time of ultrafast surface displacement of laser-irradiated surface // Ultrasonics. 2000. Vol. 38. P. 475.

15. Hurley D. H., Wright О. В., Matsuda O. et al. Laser picosecond acoustics in isotropic and anisotropic materials // Ultrasonics. 2000. Vol. 38. P. 470.

16. Lin H.-N., Stoner R. J., Maris H. J. et al. Nondestructive detection of titanium disilicide phase transformation by picosecond ultrasonics // Applied Physics Letters. 1992. Vol. 61. P. 2700.

17. Slayton R. M., Nelson K. A., Maznev A. A. Transient grating measurements of film thickness in multilayer metal films // Journal of Applied Physics. 2001. Vol. 90. 4392.

18. Wright О. В., Kawashima K. Coherent phonon detection from ultrafast surface vibrations // Physical Review Letters. 1992. Vol. 69. P. 1668-1671.

19. Richardson C. J. K., Ehrlich M. J., Wagner J. W. Interferometric detection of ultrafast thermoelastic transients in thin films:theory with supportingexperiment // Journal of the Optical Society of America B. 1999. Vol. 16. P. 1007-1015.

20. Devos A., Lerouge C. Evidence of Laser-Wavelength Effect in Picosecond Ultrasonics: Possible Connection With Interband Transitions // Physical Review Letters. 2001. Vol. 86. P. 2669-2672.

21. Fann W. S., Storz R., Tom H. W. K. et al. Direct measurement of nonequilibrium electron-energy distributions in subpicosecond laser-heated gold films // Physical Review Letters. 1992. Vol. 68. P. 2834-2837.

22. Fann W. S., Storz R., Tom H. W. K. et al. Electron thermalization in gold // Physical Review B. 1992. Vol. 46. P. 13592-13595.

23. Corkum P. В., Brunei F., Sherman N. K. et al. Thermal Response of Metals to Ultrashort-Pulse Laser Excitation // Physical Review Letters. 1988. Vol. 61. P. 2886-2889.

24. Brorson S. D., Fujimoto J. G., Ippen E. P. Femtosecond electronic heat-transport dynamics in thin gold films // Physical Review Letters. 1987. Vol. 59. P. 1962-1965.

25. Akimov A.V., Scherbakov A. V., Yakovlev D. R. et al. Ultrafast Band-Gap Shift Induced by a Strain Pulse in Semiconductor Heterostructures // Physical Review Letters. 2006. Vol. 97. P. 037401.

26. Исакович M. А. Общая акустика. M.: Наука, 1973. С. 130-138.

27. Matsuda О., Wright О. В., Hurley D. Н. et al. Coherent Shear Phonon Generation and Detection with Ultrashort Optical Pulses // Physical Review Letters. 2004. Vol. 93. P. 095501.

28. Pezeril Т., Chigarev N., Ruello P. et al. Laser acoustics with picosecond collimated shear strain beams in single crystals and polycrystalline materials // Physical Review B. 2006. Vol. 73. P. 132301.

29. Pezeril Т., Leon F., Chateigner D. et al. Picosecond photoexcitation of acoustic waves in locally canted gold films // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92. P. 061908.

30. Hurley D., Telschow K. L. Picosecond surface acoustic waves using a suboptical wavelength absorption grating // Physical Review B. 2002. Vol. 66. P. 153301.

31. Rogers J. A., Nelson K. A. Study of Lamb acoustic waveguide modes in unsupported polyimide thin films using real-time impulsive stimulated thermal scattering // Journal of Applied Physics. 1994. Vol. 75. P. 1534.

32. Slayton R. M., Nelson K. A. Picosecond acoustic transmission measurements. I. Transient grating generation and detection of acoustic responses in thin metal films // Journal of Chemical Physics. 2004. Vol. 120. 3908.

33. Rothenberg J. E. Observation of the transient expansion of heated surfaces by picosecond phototermal deflcction spectroscopy // Optics Letters. 1988. Vol. 13. P. 713-715.

34. Волькенштейн M. В. Молекулярная оптика. M.: ГИТТЛ, 1951. 745 с.

35. Фабелинский И. JI. Молекулярное рассеяние света. М.: Высшая школа, 1965. 512 с.

36. Pine A. S. Light Scattering in Solids: Topics in Applied Physics / под ред. M. Cardona. Berlin: Springer-Verlag, 1975. Vol. 28.

37. Cardona. M. Modulation Spectroscopy. New York: Academic Press, 1969. 358 c.

38. Nilsson P. O. Solid state physics / под ред. H. Ehrenreich, F.Seitz, D.Turnbull. New York: Academic, 1974. Vol. 29. P. 139.

39. Lock-in amplifier // Статья электронной энциклопедии. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Lock-inamplifier (версия от 11.06.2012).

40. Temple P. A. An introduction to phase-sensitive amplifiers: An inexpensive student instrument // American Journal of Physics. 1975. Vol. 43. P. 801-807.

41. Scofield J. H. Frequcncy-domain description of a lock-in amplifier // American Journal of Physics. 1994. Vol. 62. P. 129-133.

42. Hao H.-Y., Maris H. J. Study of Phonon Dispersion in Silicon and Germanium at Long Wavelengths Using Picosecond Ultrasonics // Physical Review Letters. 2000. Vol. 84. P. 5556-5559.

43. Hao H.-Y., Maris H. J. Dispersion of the long-wavelength phonons in Ge, Si, GaAs, quartz, and sapphire // Physical Review B. 2001. Vol. 63. P. 224301.

44. Lin H.-N., Stoner R. J., Maris H. J. et al. Phonon attenuation and velocity measurements in transparent materials by picosecond acoustic interferometry // Journal of Applied Physics. 1991. Vol. 69. P. 3816.

45. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. / Пер. с англ. М.: Мир. 1988. Гл. 1.

46. Нелинейная акустика: Сб. науч. тр. / АН СССР. Ин-т прикл. физики; под ред. В. А. Зверева, JT. А. Островского. Горький, 1980. 224 с.

47. Hao H.-Y., Maris H. J. Experiments with acoustic solitons in crystalline solids // Physical Review B. 2001. Vol. 64. P. 064302.

48. Hao H.-Y., Maris H. J. Phonon dispersion and solitons in crystalline solids // Physica B. 1999. Vol. 263. P. 670-673.

49. Daly В. C., Noris Т. В., Chen J. et al. Picosecond acoustic phonon pulse propagation in silicon // Physical Review B. 2004. Vol. 70. P. 214307.

50. Thurston R. N., Brugger K. Third-Order Elastic Constants and the Velocity of Small Amplitude Elastic Waves in Homogeneously Stressed Media // Physical Review. 1964. Vol. 133. P. A1604-A1610.

51. Blinick J. S., Maris H. J. Velocities of First and Zero Sound in Quartz. Physical Review В // 1970. Vol. 2. P. 2139-2146.

52. Maris H. Physical acoustics / под ред. W. P. Mason, R. N. Thurston. New York: Academic Press, 1971. Vol. VIII. P. 279.

53. Zhu Т., Maris H. J., Tauc J. Attenuation of longitudinal-acoustic phonons in amorphous Si02 at frequencies up to 440 GHz // Physical Review B. 1991. Vol. 44. P. 4281-4289.

54. Hall H. H., Bardeen J. and Pearson G. L. The Effects of Pressure and Temperature on the Resistance of p-n Junctions in Germanium // Physical Review. 1951. Vol. 84. P. 129-132.

55. Rindner W. and Pittelli E. Effects of Stress-Induced Band-Gap Widening and Defects in GaAs Junctions // Journal of Applied Physics. 1966. Vol. 37. P. 4437.

56. Moss D., Akimov A. V., Makarovsky O. et al. Ultrafast acoustical gating of the photocurrent in a p-i-n tunneling diode incorporating a quantum well // Physical Review B. 2009. Vol. 80. P. 113306.

57. Moss D., Akimov A. V., Campion R. P. et al. Picosecond strain pulses probed by the photocurrent in semiconductor devices with quantum wells // Physical Review B. 2011. Vol. 83. P. 245303.

58. Moss D., Akimov A. V., Glavin B. A. et al. Ultrafast Strain-Induced Current in a GaAs Schottky Diode // Physical Review Letters. 2011. Vol. 106. P. 066602.

59. Lin K.-H., Yu C.-T., Wen Y-.C. et al. Generation of picosecond acoustic pulses using a p-n junction with piezoelectric effects // Applied Physics Letters. 2005. Vol. 86. P. 093110.

60. Reed E. J., Armstrong M. R., Kim K.-Y. et al. Atomic-Scale Time and Space Resolution of Terahertz Frequency Acoustic Waves // Physical Review Letters. 2008. Vol. 101. P. 014302.

61. Reed E. J., Soljacic M., Gee R. et al. Coherent Optical Photons from Shock Waves in Crystals // Physical Review Letters. 2006. Vol. 96. P. 013904.

62. Armstrong M., Reed E. J., Kim K.-Y. et al. Observation of terahertz radiation coherently generated by acoustic waves // Nature Physics. 2009. Vol. 5. P. 285.

63. Colvard C., Merlin R., Klein M. V. et al. Observation of Folded Acoustic Phonons in a Semiconductor Superlattice // Physical Review Letters. 1980. Vol. 45. P. 298-301.

64. Jusserand В., Cardona M. Light Scattering in Solids V: Topics in Applied Physics / под ред. M. Cardona, G.Güntherodt. Heidelberg: SpringerVerlag, 1989. Vol. 66. P. 49.

65. Chen W., Lu Y., Maris H. J. et al. Picosecond ultrasonic study of localized phonon surface modes in Al/Ag superlattices // Physical Review B. 1994. Vol. 50. P. 14506-14515.

66. Yamamoto A., Mishina Т., Masumoto Y. et al. Coherent Oscillation of Zone-Folded Phonon Modes in GaAs-AlAs Superlattices // Physical Review Letters. 1994. Vol. 73. P. 740-743.

67. Mizoguchi K., Hase M., Nakashima S. et al. Observation of coherent folded acoustic phonons propagating in a GaAs/AlAs superlattice by two-color pump-probe spectroscopy // Physical Review B. 1999. Vol. 60. P. 8262-8266.

68. Colvard C., Gant T. A., Klein M. V. et al. Folded acoustic and quantized optic phonons in (GaAl)As superlattices // Physical Review B. 1985. Vol. 31. P. 2080-2091.

69. Рытов С. M. Акустические свойства мелкослоистой среды // Акустический журнал. 1956. Т. 2. С. 71-83.

70. Bartels A., Dekorsy Т., Kurz Н. et al. Coherent Zone-Folded Longitudinal Acoustic Phonons in Semiconductor Superlattices: Excitation and Detection // Physical Review Letters. 1999. Vol. 82. P. 1044-1047.

71. Тамм И. E. О возможности связанных состояний электронов на поверхности кристалла // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1933. Т.З. С.34-43.

72. Trigo М., Eckhause Т. A., Reason М. et al. Observation of Surface-Avoiding Waves: A New Class of Extended States in Periodic Media // Physical Review Letters. 2006. Vol. 97. P. 124301.

73. Beardsley R., Akimov A. V., Glavin B. A. et al. Optical detection of folded mini-zone-edge coherent acoustic modes in a doped GaAs/AlAssuperlattice // Physical Review B. 2010. Vol. 82. P. 041302(R).144

74. Combe N., Huntzinger J. R. and Morillo J. Surface loving and surface avoiding modes // The European Physical Journal B. 2009. Vol. 68. P. 4758.

75. Komirenko S. M., Kim K. W., Demidenko A. A. et al. Generation and amplification of sub-THz coherent acoustic phonons under the drift of two-dimensional electrons // Physical Review B. 2000. Vol. 62. P. 7459-7469.

76. Kent A. J., Kini R. N., Stanton N. M. et al. Acoustic Phonon Emission from a Weakly Coupled Superlattice under Vertical Electron Transport: Observation of Phonon Resonance // Physical Review Letters. 2006. Vol. 96. P. 215504.

77. Beardsley R. P., Akimov A. V., Henini M. et al. Coherent Terahertz Sound Amplification and Spectral Line Narrowing in a Stark Ladder Superlattice // Physical Review Letters. 2010. Vol. 104. P. 085501.

78. Tsu R., Dohler G. Hopping conduction in a "superlattice" // Physical Review B. 1975. Vol. 12. P. 680.

79. Glavin B. A., Kochelap V. A., Linik T. L. Generation of high-frequency coherent acoustic phonons in a weakly coupled superlattice // Applied Physics Letters. 1999. Vol. 74. P. 3525.

80. Glavin B. A., Kochelap V. A., Linnik T. L. et al. Generation of high-frequency coherent acoustic phonons in superlattices under hopping transport. I. Linear theory of phonon instability // Physical Review B. 2002. Vol. 65. P. 085303.

81. Makler S. S., Vasilevskiy M. I., Anda E. V. et al. A source of terahertz coherent phonons // Journal of Physics: Condensed Matter. 1998. Vol. 10. P. 5905.

82. Tilstra L. G., Arts A. F. M. and de Wijn H. W. Optically excited ruby as a saser: Experiment and theory // Physical Review B. 2007. Vol. 76. P. 024302.

83. Huynh A., Petrin В., Lanzilotti-Kimura N. D. et al. Subterahertz monochromatic acoustic wave propagation using semiconductor superlattices as transducers // Physical Review B. 2008. Vol. 78. P. 233302.

84. Kavokin A. V., Baumberg J. J., Malpuech G. et al. Microcavities. New York: Oxford University Press, 2008. 449 p.

85. Berstermann Т., Brüggemann С., Bombeck М. et al. Optical bandpass switching by modulating a microcavity using ultrafast acoustics // Physical Review B. 2010. Vol. 81. P. 085316.

86. Пекар С. И. Теория электромагнитных волн в кристалле, в котором возникают экситоны // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1957. Т. 33. С. 1022.

87. Hopfield J. J. Theory of the Contribution of Excitons to the Complex Dielectric Constant of Crystals // Physical Review. 1958. Vol. 112. P. 1555-1567.

88. Scherbakov A. V., Berstermann Т., Akimov A. V, et al. Ultrafast control of light emission from a quantum-well semiconductor microcavity using picosecond strain pulses // Physical Review B. 2008. Vol. 78. P. 241302(R).

89. Berstermann Т., Scherbakov A. V., Akimov A. V. et al. Terahertz polariton sidebands generated by ultrafast strain pulses in an optical semiconductor microcavity// Physical Review B. 2009. Vol. 80. P. 075301.

90. Trigo M., Bruchhausen A., Fainstein A. et al. Confinement of Acoustical Vibrations in a Semiconductor Planar Phonon Cavity // Physical Review Letters. 2002. Vol. 89. P. 227402.

91. Huynh A., Lanzillotti-Kimura N. D., Jusserand B. et al. Subterahertz Phonon Dynamics in Acoustic Nanocavities // Physical Review Letters. 2006. Vol. 97. P. 115502.

92. Pascual Winter M.F., Rozas G., Fainstein A. et al. Selective Optical Generation of Coherent Acoustic Nanocavity Modes // Physical Review1.tters. 2007. Vol. 98. P. 265501.146

93. Ohno H., Munekata H., Penney T. et al. Magnetotransport properties of p-type (In,Mn)As diluted magnetic III-V semiconductors // Physical Review Letters. 1992. Vol. 68. P. 2664-2667.

94. Ohno H., Shen A., Matsukura F. et al. (Ga,Mn)As: A new diluted magnetic semiconductor based on GaAs // Applied Physics Letters. 1996. Vol. 69. P. 363.

95. Haury A., Wasiela A., Arnoult A. et al. Observation of a Ferromagnetic Transition Induced by Two-Dimensional Hole Gas in Modulation-Doped CdMnTe Quantum Wells // Physical Review Letters. 1997. Vol. 79. P. 511514.

96. Ferrand D., Cibert J, Bourgognon C. et al. Carrier-induced ferromagnetic interactions in p-doped Zn(1-x)MnxTe epilayers // Journal of Crystal Growth. 2000. Vol. 214/215. P. 387-390.

97. Dietl T., Ohno H. and Matsukura F. Hole-mediated ferromagnetism in tetrahedrally coordinated semiconductors // Physical Review B. 2001. Vol. 63. P. 195205.

98. Linnarsson M., Janzen E., and Monemar B. Electronic structure of the GaAs:MnGa center// Physical Review B. 1997. Vol. 55. P. 6938-6944.

99. Averkiev N.S., Gutkin A. A., Osipov E. B. et al. Role of the exchange interaction in piezospectroscopic effects associated with Mn centers in GaAs // Soviet Physics Semiconductors USSR. 1987. Vol. 21. P. 11191123.

100. Dietl T., Ohno H. and Matsukura F. et al. Zener Model Description of Ferromagnetism in Zinc-Blende Magnetic Semiconductors // Science. 2000. Vol.287. P. 1019-1022.

101. Macdonald A.H., Schiffer P. and Samarth N. Ferromagnetic semiconductors: moving beyond (Ga,Mn)As // Nature Materials. 2005. Vol. 4. P. 195-202.

102. Zunger A., Lany S. and Raebiger H. The quest for dilute ferromagnetism in semiconductors: Guides and misguides by theory // Physics. 2010. Vol. 3. P. 53.

103. Akai H. Ferromagnetism and Its Stability in the Diluted Magnetic Semiconductor (In, Mn)As // Physical Review Letters. 1998. Vol. 81. P. 3002-3005.

104. Litvinov V. I. and Dugaev V. K. Ferromagnetism in Magnetically Doped III-V Semiconductors // Physical Review Letters. 2001. Vol. 86. P. 55935596.

105. Das Sarma S., Hwang E. H. and Kaminski A. Temperature-dependent magnetization in diluted magnetic semiconductors // Physical Review B. 2003. Vol. 67. P. 155201.

106. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. Т. 8. С. 200-204.

107. Stoner, Е.С.; Wohlfarth, Е.Р. A Mechanism of Magnetic Hysteresis in Heterogeneous Alloys // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 1948. Vol. 240. P. 599-642.

108. Liu X. and Furdyna J. Ferromagnetic resonance in Ga/JVInvAs dilute magnetic semiconductors // Journal of Physics: Condensed Matter. 2006. Vol. 18. P. R245-R279.

109. Welp U., Vlasko-Vlasov V. K., Menzel A. et al. Uniaxial in-plane magnetic anisotropy of Gai-xMnxAs // Applied Physics Letters. 2004. Vol. 85. P. 260.

110. Kuryliszyn-Kudelska I., Domagala J. Z., Wojtowicz T. et al. Effect of Mn interstitials on the lattice parameter of Ga,xMnxAs // Journal of Applied Physics. 2004. Vol. 95. P. 603.

111. Zemen J., Kucera J., Olejnik K. et al. Magnetocrystalline anisotropics in (Ga,Mn)As: Systematic theoretical study and comparison with experiment // Physical Review B. 2009. Vol. 80. P. 155203.

112. Abolfath M., Jungwirth T., Brum J. et al. Theory of magnetic anisotropy in IIIi.xMnxV ferromagnets // Physical Review B. 2001. Vol. 63. P. 054418.

113. Glunk M., Daeubler J., Dreher L. et al. Magnetic anisotropy in (Ga,Mn)As: Influence of epitaxial strain and hole concentration // Physical Review B. 2009. Vol. 79. P. 195206.

114. Jungwirth T., Sinova J., Masek J. et al. Theory of ferromagnetic (III,Mn)V semiconductors // Reviews of Modern Physics. 2006. Vol. 78. P. 809-864.

115. Liu X., Sasaki Y. and Furdyna J. Ferromagnetic resonance in GaixMnxAs: Effects of magnetic anisotropy // Physical Review B. 2003. Vol. 67. P. 205204.

116. Thevcnard L., Largeau L., Mauguin O. et al. Magnetic properties and domain structure of (Ga,Mn)As films with perpendicular anisotropy // Physical Review B. 2006. Vol. 73. P. 195331.

117. Welp U., Vlasko-Vlasov V. K., X. Liu et al. Magnetic Domain Structure and Magnetic Anisotropy in GaixMnxAs // Physical Review Letters. 2003. Vol. 90. P. 167206.

118. Moore G. P., Ferré J., Mougin A. et al. Magnetic anisotropy and switching process in diluted Gai xMnxAs magnetic semiconductor films // Journal of Applied Physics. 2003. Vol. 94. P. 4530.

119. Tang H. X., Kawakami R. K., Awschalom D. D. et al. Giant Planar Hall Effect in Epitaxial (Ga,Mn)As Devices // Physical Review Letters. 2003. Vol. 90. P. 107201.

120. Hamaya K., Taniyama T., Kitamoto Y. et al. Magnetotransport study of temperature dependent magnetic anisotropy in a (Ga,Mn)As epilayer // Journal of Applied Physics. 2003. Vol. 94. P. 7657.

121. Hamaya K., Taniyama T., Kitamoto Y. et al. Mixed Magnetic Phases in (Ga,Mn)As Epilayers // Physical Review Letters. 2005. Vol. 94. P. 147203.

122. Sawicki M., Wang K.-Y., Edmonds K. W. et al. In-plane uniaxial anisotropy rotations in (Ga,Mn)As thin films // Physical Review B. 2005. Vol. 71. P. 121302(R).

123. Kirilyuk A., Kimel A. V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order// Reviews of Modern Physics. 2010. Vol. 82. P. 2731.

124. Кабыченков А.Ф. Магнитные фазовые переходы в поле световой волны // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1991. Т. 100. В. 4. С. 1219-1237.

125. Kojima Е., Shimano R., Hashimoto Y. et al. Observation of the spin-charge thermal isolation of ferromagnetic Ga0.94Mn0.06As by time-resolved magneto-optical measurements // Physical Review B. 2003. Vol. 68. P. 193203.

126. Wang J., Sun C., Hashimoto Y. et al. Ultrafast magneto-optics in ferromagnetic III—V semiconductors // Journal of Physics: Condensed Matter. 2006. Vol. 18. P. R501.

127. Wang J., Cywinski L., Sun C. et al. Femtosecond demagnetization and hothole relaxation in ferromagnetic Ga!xMnxAs // Physical Review B. 2008. Vol. 77. P. 235308.

128. Wang J., Cotoros I., Dani К. M. et al. Ultrafast Enhancement of Ferromagnetism via Photoexcited Holes in GaMnAs // Physical Review Letters. 2007. Vol. 98. P. 217401.

129. Astakhov G. V., Kimel A. V., Schott G. M. et al. Magnetization manipulation in (Ga,Mn)As by subpicosecond optical excitation // Applied Physics Letters. 2005. Vol. 86. P. 152506.

130. Hashimoto Y., Kobayashi S. and Munekata H. Photoinduced Precession of Magnetization in Ferromagnetic (Ga,Mn)As // Physical Review Letters. 2008. Vol. 100. P. 067202.

131. Rozkotovä E., Nemec P., Horodyskä P. et al. Light-induced magnetization precession in GaMnAs // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92. P. 122507.

132. Qi J., Xu Y., Steigerwald A. et al. Ultrafast laser-induced coherent spindynamics in ferromagnetic Ga,xMnxAs/GaAs structures // Physical

133. Review B. 2009. Vol. 79. P. 085304.150

134. Wang J., Cotoros I., Chemla D. S. et al. Memory effects in photoinduced femtosecond magnetization rotation in ferromagnetic GaMnAs // Applied Physics Letters. 2009. Vol. 94. P. 021101.

135. Hümpfner S., Pappert K., Wenisch J. et al. Lithographie engineering of anisotropics in (Ga,Mn)As // Applied Physics Letters. 2007. Vol. 90. P. 102102.

136. Bihler C., Althammer M., Brandlmaier A. et al. Gai-xMnxAs/piezoelectric actuator hybrids: A model system for magnetoelastic magnetization manipulation // Physical Review B. 2008. Vol. 78. P. 045203.

137. Shah J. Ultrafast spectroscopy of semiconductors and semiconductor nanostructures / Springer Series of Solid state sciences. Berlin: Springer, 1996. Vol.115. 531 p.

138. Lang R., Winter A. and Pascher H. Polar Kerr effect studies of GaixMnxAs epitaxial films // Physical Review B. 2005. Vol. 72. P. 024430.

139. Liu X., Lim W. L., Titova L. V. et al. Perpendicular magnetization reversal,magnetic anisotropy, multistep spin switching, and domain nucleation and151expansion in Ga!xMnxAs films // Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 98. P. 063904.

140. Thevenard L., Peronne E., Gourdon C. et al. Effect of picosecond strain pulses on thin layers of the ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)(As,P) // Physical Review B. 2010. Vol. 82. P. 104422.

141. Matsuda O., Wright О. В., Hurley D. H. et al. Coherent shear phonon generation and detection with picosecond laser acoustics // Physical Review B. 2008. Vol. 77. P. 224110.

142. Scherbakov A. V., Salasyuk A. S., Akimov A. V. et al. Coherent Magnetization Precession in Ferromagnetic (Ga,Mn)As Induced by Picosecond Acoustic Pulses // Physical Review Letters. 2010. Vol. 105. P. 117204.

143. Hurley D. C. and Wolfe J. P. Phonon focusing in cubic crystals //Physical Review B. 1985. Vol. 32. P. 2568-2587.

144. Лурье А. И. Аналитическая механика. М.:Физматлит, 1961. 824 с.

145. Akimov I. A., Belotelov V. I., Scherbakov A. V. et al. Hybrid structures of magnetic semiconductors and plasmonic crystals: a novel concept for magneto-optical devices // Journal of the Optical Society of America B. 2012. Vol. 29. No. 2. P. A103-A118.

146. Kurebayashi H., Dzyapko O., Demidov V. E. et al. Controlled enhancement of spin-current emission by three-magnon splitting // Nature Materials. 2011. Vol. 10. P. 660.

147. Goennenwein S. Т. В., Graf Т., Wassner T. et al. Spin wave resonance in Gai-xMnxAs // Applied Physics Letters. 2003. Vol. 82. P. 730.

148. Rappoport Т. G., Redliriski P., Liu X et al. Anomalous behavior of spin-wave resonances in Gai.xMnxAs thin films // Physical Review B. 2004. Vol. 69. P. 125213.

149. Sperl M., Singh A., Wurstbauer U. et al. Spin-wave excitations and low-temperature magnetization in the dilute magnetic semiconductor (Ga,Mn)As // Physical Review B. 2008. Vol. 77. P. 125212.

150. Liu X., Zhou Y. Y. and Furdyna J. K. Angular dependence of spin-wave resonances and surface spin pinning in ferromagnetic (Ga,Mn)As films // Physical Review B. 2007. Vol. 75. P. 195220.

151. Wang D. M., Ren Y. H., Liu X. et al. Light-induced magnetic precession in (Ga,Mn)As slabs: Hybrid standing-wave Damon-Eshbach modes // Physical Review B. 2007.Vol. 75. P. 233308.

152. Beschoten В., Crowell P. A., Malajovich I. et al. Magnetic Circular Dichroism Studies of Carrier-Induced Ferromagnetism in (Ga.xMnx)As // Physical Review Letters. 1999. Vol. 83. P. 3073.

153. Kimel A. V., Astakhov G. V., Kirilyuk A. et al. Observation of Giant Magnetic Linear Dichroism in (Ga,Mn)As // Physical Review Letters. 2005. Vol.94. P. 227203.

154. Bombeck M., Salasyuk A. S., Glavin B. A. et al. Excitation of spin waves in ferromagnetic (Ga,Mn)As layers by picosecond strain pulses // Physical Review B. 2012. Vol. 85. P. 195324.

155. Такер Дж., Рэмптон В. Гиперзвук в физике твердого тела. М.: Мир, 1975.454с.

156. Pomerantz М. Excitation of Spin-Wave Resonance by Microwave Phonons // Physical Review Letters. 1961. Vol. 7. P. 312.

157. Лифшиц E. M., Питаевский Л. П. Теоретическая физика: Статистическая физика, часть 2. М.: Наука, 1978. Т. 9. 449 с.

158. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977 г. 799 с.

159. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит, 1994. 464 с.

160. Kittel С. Excitation of Spin Waves in a Ferromagnet by a Uniform rf Field // Physical Review. 1958. Vol. 110. P. 1295.

161. Gorishnyy Т., Maldovan M., Ullal C. Sound Ideas // Physics World. 2005. Vol. 18. P. 24-29.

162. James R., Woodley S. M., Dyer, С. M. et al. Sonic bands, bandgaps, and defect states in layered structures-Theory and experiment // Journal of the Acoustical Society of America. 1995. Vol. 97. P. 2041.

163. Kushwaha M. S. Stop-bands for periodic metallic rods: Sculptures that can filter the noise // Applied Physics Letters. 1997. Vol. 70. P. 3218.

164. Vasseur J. O., Deymier P. A., Beaugeois M. et al. Experimental observation of resonant filtering in a two-dimensional phononic crystal waveguide // Zeitschrift fur Kristallographie. 2005. Vol. 220. P. 829.

165. Yang S. X., Page J. H., Liu Z. Y. et al. Focusing of Sound in a 3D Phononic Crystal // Physical Review Letters. 2004. Vol. 93. P. 024301.

166. Zhanga X. D., Liu Z. Y. Negative refraction of acoustic waves in two-dimensional phononic crystals // Applied Physics Letters. 2004. Vol. 85. P. 341.

167. Torres M., Montero de Espinosa F. R. Ultrasonic band gaps and negative refraction // Ultrasonics. 2004. Vol. 42. P. 787.

168. Gorishnyy Т., Ullal С. K., Maldovan M. ct al. Hypersonic Phononic Crystals // Physical Review Letters. 2005. Vol. 94. P. 115501.

169. Hashimoto K.-Y. Surface Acoustic Wave Devices in Telecommunications:

170. Modelling and Simulation. Berlin: Springer-Verlag, 2000. 333 p.154

171. Holmgren O., Knuuttila J. V., Makkonen T. et al. Imaging surface-acoustic fields in a longitudinal leaky wave resonator // Applied Physics Letters.2005. Vol. 86. P. 024101.

172. Maldovan M., Thomas E. L. Simultaneous localization of photons and phonons in two-dimensional periodic structures // Applied Physics Letters.2006. Vol.88. P. 251907.

173. Kushwaha M. S., Halevi P., Dobrzynski L. et al. Acoustic Band Structure of Periodic Elastic Composites // Physical Review Letters. 1993. Vol. 71. P. 2022.

174. Kafesaki M., Economou E. N. Multiple-scattering theory for three-dimensional periodic acoustic composites // Physical Review B. 1999. Vol. 60. P. 11993-12001.

175. Liu Z., Zhang X., Mao Y. et al. Locally Resonant Sonic Materials // Science. 2000. Vol. 289. P. 1734-1736.

176. Yang S. X., Page J. H., Liu Z. Y. ct al. Ultrasound Tunneling through 3D Phononic Crystals // Physical Review Letters. 2002. Vol. 88. P. 104301.

177. Cheng W., Wang J. J., Jonas U. et al. Observation and tuning of hypersonic bandgaps in colloidal crystals //Nature Materials. 2006. Vol. 5. P. 830-836.

178. Still T., Cheng W., Retsch M. et al. Simultaneous Occurrence of Structure-Directed and Particle-Resonance-Induced Phononic Gaps in Colloidal Films //Physical Review Letters. 2008. Vol. 100. P. 194301.

179. Akimov A. V., Tanaka Y., Pevtsov A. B. et al. Hypersonic Modulation of Light in Three-Dimensional Photonic and Phononic Band-Gap Materials // Physical Review Letters. 2008. Vol. 101. P. 033902.

180. Tanaka Y., Tamura S., Akimov A. V. et al. Phononic properties of opals // Journal of Physics: Conference Series. 2007. Vol. 92. P. 012107.

181. Astratov V. N., Bogomolov V. N., Kaplyanskii A. A. et al. Optical spectroscopy of opal matrices with CdS embedded in its pores: Quantum confinement and photonic band gap effects // Nuovo Cimento D. 1995. Vol. 17. P. 1349-1354.

182. Vlasov Yu. A., Bo X.-Z., Sturm J. C. et al. On-chip natural assembly of silicon photonic bandgap crystals // Letters to Nature. 2001. Vol. 414. P. 290-293.

183. Саласюк А. С., Щербаков А. В., Акимов А. В. и др. Оптические свойства пленок синтетического опала с подрешеткой пор, заполненных медью // Физика Твёрдого Тела. 2010. Т. 52. С. 10981103.

184. Busch К. and John S. Photonic band gap formation in certain self-organizing systems // Physical Review E. 1998. Vol. 58. P. 3896.

185. Mazurenko D. A., Kerst R., Dijkhuis J. I. et al. Ultrafast Optical Switching in Three-Dimensional Photonic Crystals // Physical Review Letters. 2003. Vol. 91. P. 213903.

186. Pevtsov А. В.; Kurdyukov D. A., Golubev, V. G. et al. Ultrafast stop band kinetics in a three-dimensional opal-V02 photonic crystal controlled by a photoinduced semiconductor-metal phase transition // Physical Review B. 2007. Vol. 75. P. 153101.

187. Lyubchanskii I. L., Dadoenkova N. N., Lyubchanskii M. I. et al. Magnetic photonic crystals // Journal of Physics D: Applied Physics. 2003. Vol. 36. P. R277-287.

188. Baryshev A.V., Kodama Т., Nishimura К. et al. Magneto-optical properties of three-dimensional magnetophotonic crystals // IEEE Transactions on Magnetics. 2004. Vol. 40. P. 2829-2831.

189. Nishimura K., Baryshev A. V., Kodama T. et al. Synthesis of ferrite on Si02 spheres for three-dimensional magneto-photonic crystals // Journal of Applied Physics. 2004. Vol. 95. P. 6633.

190. Lamb H. On the vibrations of an elastic sphere // Proceedings of the London Mathematical Society. 1882. Vol. 13. P. 187.

191. Mazurenko D. A., Shan X., Stiefelhagen J. C. P. et al. Coherent vibrations of submicron spherical gold shells in a photonic crystal // Physical Review B. 2007. Vol. 75. P. 161102(R).

192. Bertone J. F., Jiang P., Hwang K. S. et al. Thickness Dependence of the Optical Properties of Ordered Silica-Air and Air-Polymer Photonic Crystals // Physical Review Letters. 1999. Vol. 83. P. 300-303.

193. Gajiev G. M., Golubev V. G., Kurdyukov D. A. et al. Bragg reflection spectroscopy of opal-like photonic crystals // Physical Review B. 2005. Vol. 72. P. 205115.

194. Кавтрева О. А., Анкудинов А. В., Баженова А. Г. и др. Оптическая характеризация натуральных и синтетических опалов методом спектроскопии брэгговского отражения // Физика твёрдого тела. 2007. Т. 49. С. 674-680.

195. SaIasyuk A. S., Scherbakov А. V., Yakovlev D. R. et al. Filtering of Elastic Waves by Opal-Based Hypersonic Crystal // Nanoletters. 2010. Vol. 10. P. 1319-1323.

196. Salasyuk A. S., Scherbakov A. V., Yakovlev D. R. et al. Long-living GHz Vibrations in Opal-based Hypersonic Crystals // Chinese Journal of Physics. 2011. Vol.49. P. 56.

197. Wright О. B. Thickness and sound velocity measurement in thin transparent films with laser picosecond acoustics // Journal of Applied Physics. 1992. Vol. 71. P. 1617.

198. Hu H., Strybulevych A., Page J. H. et al. Localization of ultrasound in a three-dimensional elastic network // Nature Physics. 2008. Vol. 4. P. 945948.