Возбуждение дипольно-обменных спиновых волн микрополосковыми антеннами в экранированных анизотропных ферромагнитных пленках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Журавлев Алексей Васильевич

ВОЗБУЖДЕНИЕ ДИПОЛЬНО-ОБМЕННЫХ СПИНОВЫХ ВОЛН МИКРОПОЛОСКОВЫМИ АНТЕННАМИ В ЭКРАНИРОВАННЫХ АНИЗОТРОПНЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ

Специальность: 01.04,03 - Радиофизика, включая квантовую радиофизику

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-■ математических наук

Санкт-ПетерОург 1993 г.

РаОота выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Электротехническом Университете

Научный руководитель - доктор физико- математических наук, профессор Калиникос Б.А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Зубков В.И.

доктор технических наук Яковлев C.B.

Ведущая организация - физико-технический институт Российской Академии Наук, г.Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится ________________ 1993 г. в

часов на заседании специализированного совета К.063.36.11 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, Б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "___"_____________ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Соботхоесьай Б.Е

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время активно развивается новое направление функциональной микроэлектроники - спин-волновая электроника. Принцип действия устройств спин-волновой электроники основан на возбуждении и распространении когерентных волн намагниченности (или спиновых волн) в монокристаллических ферромагнитных пленках (ФП) с малыми магнитными потерями. С помощью спин-волновых устройств может- осуществляться обработка сигнала непосредственно в сверхвысокочастотном диапазоне: фильтрация, дисперсионная и оездисперсионная задержка, управление фазой, свертка сигналов и др. К основным достоинствам устройств спин-волновой электроники относятся: возможность электрической перестройки центральной частоты и рабочей полосы, малые потери на распространение спиновых волн (СВ), простота их возбуждения и приема. Это делает спин-волновые устройства уникальными с точки зрения применения в системах связи, радиолокации, радионавигации, особенно в миллиметровом диапазоне волн [1

На сегодняшний день наиболее широко применяемым материалом спин-волновой электроники является слабоанизотропный железо-иттриевый гранат РегУ5Оп (ЖИГ). Однако на протяжении последних четырех-пяти лет

возрастает также интерес к пленкам сильноанизотропных ферромагнетиков, например, феррошпинели и гексаферрита [2,3]. Использование таких материалов позволило бы существенно расширить рабочий диапазон устройств, повысить рабочую частоту,а также уменьшить вес и габариты магнитной системы.

В настоящее времг"Наиоолее строгое описание спин-волновых процессов дает, дипольно-обменная теория, то есть теория, учитывающая наряду с зеемановским идиполь-дилольным и неоднородное обменное взаимодействие в спин-системе ферромагнетика. Кроме того, эта теория учитывает также особенности состояния спинов на поверхностях пленки (обменные граничные условия).

В рамках дипольно-обменной теории был получен целый ряд результатов для изотропных ФП: исследован спектр СВ в свободных и экранированных ФП. построена теория линейного и параметрического

возбуждения СВ. Эти результаты позволяют, в свою .очередь, рассчитывать рабочие характеристики реальных спин-волновых устройств.

Исследования, посвященные возбуждению и распространению СВ в анизотропных ферромагнитных пленках (АФП), как правило, ограничиваются частными случаями, соответствующими конкретной кристаллографической ориентации пленки и ориентации внешнего магнитного поля. Исключение составляют работы (см„ например, [4]), где построена' теория спектра СВ в свободных (т. е. без учета влияния металлических экранов) АФП с произвольной кристаллографической ориентацией при произвольном направлении внешнего магнитного поля. Анализ влияния анизотропии на спектр СВ, проведенный в этих работах, показал необходимость учете анизотропии даже в случае использования слабоанизотропных пленок ЖИГ.

Учет анизотропии ФП представляет интерес также и с точки зрения температурных характеристик спин-волновых устройств. На сегодняшний день проблема термостабильности характеристик спин-волновых устройств является наиболее серьезным фактором, ограничивающим их внедрение, «. Целью диссертационной работы является построение теории спектра и возбуждения дипольно-обменных спиновых волн в "экранированных анизотропных ферромагнитных пленках и разработка методики расчета рабочих харамеристик спин-волновых устройств на однородно намагниченных под произвольными углом к поверхности экранированных анизотропных ферромагнитных пленках.

В соответствии с поставленной целью основными задачами диссертационного исследования являются:

1. Теоретическое исследование влияния кубической и одноосной магнитной кристаллографической анизотропии на дисперсионные характеристики дипольно-обмениых спийовых волн в экранированных АФП.

2. Теоретическое исследование влияния кубической и одноосной анизотропии на характеристики линейного возбуждения дипольно-обменных спиновых волн в экранированных АФП.

3.Создание методики расчета рабочих характеристик спин-еопиовых устройств на анизотропных ферромагнитных пленках.

Научная новизна работы заключаема в следующем: 1. Р.шена грэничная задача о спектре нормальных дипольно-обменных спиновых волн в экранированных анизотропных ферромагнитных пленках с произвольной кристаллографической ориентацией при произвольном

направлении внешнего постоянного магнитного поля. Получены аналитические выражения для. закона дисперсии спиновых волн в анизотропных ферромагнитных пленках со своОодными и закрепленными поверхностными спинами.

2. Построена теория линейного возбуждения дилольно-обменных спиновых волн в экранированных анизотропных ферромагнитных пленках с произвольной кристаллографической ориентацией при произвольном направлении внешнего постоянного магнитного поля,Получены аналитические выражения для спин-волновых функций Грина, описывающих отклик спин-системы анизотропной ферромагнитной пленки на стороннре сверхвысокочастотное магнитное поле.

3. Получены выражения для сопротивления излучения микрополосковых антенн спиновых волн в экранированных анизотропных ферромагнитных пленках.

Новые научные результаты, .полученные в ходе диссертационного исследования, позволили сформулировать научные положения, выносимые нз защиту:

1. Влияние кубической анизотропии на спектр спиновых волн в перпендикулярно намагниченной экранированной ферромагнитной пленке приводит к зависимости частоты спиновых волн от ориентации волнового вектора относительно кристаллографических осей, лежащих в плоскости пленки. В пленках с ориентациями (111) и (100) анизотропия сдвигает дисперсионную зависимость по частоте, ч то может выть описано эквивалентным изменением внутреннего магнитного поля.

Нормальная одноосная анизотропия приводит к увеличению обственной частоты спиновых волн.

2. При касательном -намагничивании влияние кубической анизотропии проявляется в зависимости частоты спиновых волн от ориентации как волнового вектора, так и вектора равновесной намагниченности по отношению к кристаллографическим осям, лежащим в плоскости пленки.

Нормальная одноосная анизотропия приводит к уменьшению собственной частоты спиновых волн.

3. Влияние магнитной анизотропии произвольного типа на сопротивление излучения микрополосковой антенны спиновых волн в перпендикулярно намагниченной экранированной АФП при неизменной длине спиновой волны может быть описано только изменением частоты возбуждаемых спиновых волн. В соответствии с этим в АФП имеет место зависимость величины

-з-

сопротивления излучения от ориентации волнового вектора возбуждаемых спиновых волн относительно кристаллографических осей, лежащих в плоскости пленки. О пленках с ориентаииями (111) и (100) анизотропия приводит только к сдвигу частотной зависимости сопротивления излучения, описываемому эквивалентным изменением внутреннего магнитного поля.

4. Влияние кубической анизотропии на сопротивление излучения микрополосковой антенны спиновых волн в касательно намагниченной экранированной АФП проявляется в зависимости сопротивления излучения как от ориентации волнового вектора, так и от ориентации вектора равновесной намагниченности относительно кристаллографических осей, лежащих в плоскости пленки. Для продольных волн влияние анизотропии описывается, как и при перпендикулярном намагничивании, только изменением частоты спиновых волн. Для поперечных волн влияние анизотропии имеет более сложный характер и не может быть описано только изменением частоты возбуждаемых волн. »

Одноосная нормальная анизотропия в касательно намагниченной пленке приводит к увеличению сопротивления излучения.

5. Температурный коэффициент частоты (ТКЧ) бегущих дипольно-обменных спиновых волн определяется конкуренцией между температурными зависимостями намагниченности насыщения пленки и поля магнитной анизотропии. Их относительные вклэды в ТКЧ зависят от размагничивающих факторов анизотропии и интенсивности диполь-дипольного взаимодействия. Путем подбора кристаллографической ориентации пленки, внешнего магнитного поля, величины и направления волнового вектора относительно кристаллографических осей может быть достигнута полная или частичная компенсация двух конкурирующих температурных зависимостей, т.е. обеспечена термостабилизация частоты спиновых волн.

Так, например, для частот 6-см диапазона длин волн при касательном намагничивании минимальное значение ТКЧ поперечной волны достигается в пленках с кристаллографическими ориентациями (100), (110), (210), (211) при распространении волны вдоль направлений (001), (001), .(001), (215) соответственно.

Практическая ценность работы: 1. В работе получен ряд соотношений, которые могут быть непосредственно

использованы для инженерного расчета слин-волновых устройств с многозлементными антеннами, использующих экранированные АФП с любым типом анизотропии при произвольной ориентации внешнего постоянного магнитного поля.

2. Разработана методика расчета основных рабочих характеристик спин-волновых устройств на экранированных анизотропных ферромагнитных пленках.

3. Создано программное обеспечение, позволяющее проектировать спин-волновые устройства с заданными характеристиками и анализировать зависимость этих характеристик от различных параметров. В частности, учет температуры в расчетных соотношениях дает возможность рассчитывать термостабильные спин-волновые устройства. Созданное программное обеспечение может функционировать как самостоятельно, так и в составе САПР.

Апробация работы: результаты работы были представлены на международных, всесоюзных и региональных конференциях, в том числе:

1. 6th International School on microwave physics and technique MWS-89 (1989 г., Bulgaria, Varna).

2. 2 International symposium on surface waves in solids and layred structures ISSWAS-89 (1989, Bulgaria, Varna)

3. 35th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials MMM-90 (1990, California, San-Diego)

4. на 4й Всесоюзной школе-семинаре "Спин-волновая электроника СВЧ" (1989г., Львов).

5. на 4м семинаре По функциональной магнитоэлектронике (1990г., Красноярск).

6. на 5й Всесоюзной шкдле по спин-волновой электронике СВЧ (1991, Звенигород).

7. на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ (1989-1990г„ Санкт-Петербург).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 статьи и 7 тезисов на международных и всесоюзных конференциях.

Структура и пбъем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложения и списка литературы, включающего 89 наименований. Основная часть работы изложена на 122 страницах машинописного текста. Работа содержит 50 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследования, научная новизна и практическая ценность работы, а также научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации "Состояние теории возбуждения спиновых волн в анизотропных ферромагнитных пленках" посвящена обзору литературы по теме работы.

В первом разделе описаны существующие способы учета магнитной кристаллографической анизотропии, использующиеся при исследовании волновых процессов в ферромагнитных пленках. Обоснован выбор метода эффективных размагничивающих факторов, как позволяющего учитывать влияние любого типа кристаллографической анизотропии на спектр СВ [5].

В этом же разделе рассмотрена задача о нахождении равновесной ориентации вектора намагниченности при заданном направлении внешнего магнитного поля. Для анизотропной ФП эта задача решается путем минимизации свободной энергии образца по двум углам, определяющим ориентацию вектора равновесной намагниченности в системе координат, связанной с геометрическими осями пленки.

Во втором разделе описаны результаты исследования спектра спиновых волн в анизотропных ФП. Рассмотрены два основных метода решения граничной задачи на собственные волны в пленке: метод магнитостагического потенциала и метод тензорных функций Грина, Подробно изложены основные идеи метола тензорных функций Грина, выбранного в качестве основы диссертационной работы. При использовании этого метода можно получить как точные, так и приближенные дисперсионные уравнения, удобные для теоретического анализа и для расчетов на ЭВМ.

В третьем разделе приводятся результаты исследования линейного возбуждения спиновых волн. Подробно описано решение задачи о возбуждении СВ методом тензорных функций Грина. В качестве практического применения результатов решения задачи возбуждения описано нахождение сопротивления излучения микрополосковой антенны спиновых воин.

Как следует из литературного обзора, к моменту начала работы нзя диссертацией существовала линейная теория спектра СР в анизотропных

ферромагнитных пленках, но она не учитывала влияния металлических экранов. С другой стороны, существовавшая теория возбуждения, учитывающая наряду с неоднородным обменным взаимодействием наличие металлических экранов, не учитывала магнитной кристаллографической анизотропии ФП. Кроме того, в литературе отсутствуют сведения о решении задачи ориентации вектора намагниченности в АФП произвольной кристаллографической ориентации при произвольном направлении внешнего магнитного поля.

В заключение обзора литературы сформулированы основные задачи диссертационного иследования.

Вторая глава "Спектр дилольно-обменных спиновых волн в экранированных анизотропных ферромагнитных пленках" посвящена теоретическому исследованию дисперсионных свойств спиновых волн в экранированных пленках кубических и одноосных ферромагнетиков произвольной кристаллографической ориентации при произвольном направлении внешнего постоянного магнитного поля.

В первом разделе описано решение задачи о равновесной ориентации вектора намагниченности. Для отыскания решений системы нелинейных уравнений, описывающих условия равновесия в АФП, применялись численные методы: метод обратных итераций (для нахождения приближенного решения) [6] и метод Ньютона - Рафсона (для уточнения приближенного решения), Созданное на базе этих методов программное обеспечение позволяет находить ориентацию равновесной намагниченности в пленке произвольной кристаллографической ориентации при произвольном направлении внешнего магнитного поля с максимальной невязкой по углам не более 10-' при времени счета до 5 сек.

Во втором разделе исследуется дисперсионные характеристики дипольно-о&менных спиновых волн в экранированных АФП, При построении теории спектра учитывалось как диполь-дипольное, так и неоднородное обменное взаимодействие, а также электродинамические и обменные граничные условия. В диссертации рассматриваются два крайних случая обменных граничных условий, соответствующих свободным и закрепленным поверхностным спинам.

Для учета анизотропии был выбран метод эффективных размагничивающих факторов. Достоинством этого метода является то, что учет влияния какого-либо вида (или нескольких видов) анизотропии производится путем подстановки в окончательные выражения

соответствующих компонент тенора эффективных размагничивающих факторов. Нахождение же компонент тензора эффективных размагничивающих факторов конкретного типа анизотропии представляет собой самостоятельную задачу, решение которой описано в литературе. В диссертации используются результаты решения таких задач для одноосных и кубических ферромагнитных пленок, полученные в работе [7}.

Путем совместного интегрирования уравнения движения магнитного момента и уравнений магнитостатики методом тензорных функций Грина [б] выведены бесконечные системы линейных уравнений для амппитуд спин-волновых мод. Эти системы, описывают нормальные дилольно-обменные СВ в экранированных АФП при произвольном направлении внешнего магнитного поля. Они допускают как точное, так и приближенное решение. Для получения приближенного решения в диссертации использовался метод теории возмущений. Дисперсионное уравнение, полученное в первом порядке теории возмущений, имеет вид:

ч

(»5 - ^^пп)1 « (0» + имР„'л ♦ «м М„)(0„ + вмТп', ♦ сом - (ьз1упп ♦ Н,,)». (1)

о« = «Н ♦ "м<*(к' ♦ Хп). Шн = |д|ц,Н|, ом = |д|Ц|М(, ^ = пж/Ь

где Н| - внутреннее магнитное поле, а - константа неоднородного обменногс взаимодействия, I - толщина пленки, - волновое число СВ. N,4 - компоненть тензоре размагничивающих факторов анизотропии, 9 и <р - соответствен^

■ I

полярный и азимутальный углы равновесной намагниченности, рпп = Рпп(к£.з к,Ь, к,и 0, Ф), Тп'п = Тп>,а, к{Ь, к{1, в. <р). А„'п = Ап'„(к,а, !<{Ь, 0,

матричные элементы,

Уравнение (1) описывает дипольно-обменный спектр спиновых волн экранированных АФП произвольной кристаллографической ориентации пр произвольном направлении внешнего магнитного поля.

В диссертации подробно исследовано влияние кубической и одноосно анизотропии на собственную частоту СВ в случаях перпендикулярного касательного намагничивания.

В случае перпендикулярного намагничивания совместное влиянк металлических экранов и анизотропии на спгктр СВ объясняете "суперпозиций" этих двух факторов. При этом влияние металличес^

-8-

экранов проявляется в изменении формы дисперсионной кривой, в то время как влияние анизотропии приводит либо к появлению азимутально-угловой зависимости собственной частоты СВ (в случае, когда = Мп, а (¡1,, = 3),

либо к сдвигу дисперсионной зависимости по частоте (когда М„ * Игг * 0).

В случае касательного намагничивания спектр СВ в экранированной АФП определяется конкурирующими влияниями металлических экранов и анизотропии. Для поперечных волн (кг1М,) эта конкуренция приводит к

изменению взаимного положения дисперсионных ветвей, соответствующих различным кристаллографическим ориентациям. Для продольных (кг||М8)

волн влияние металлических экранов и анизотропии на спектр незначительно.В качестве примера "рассчитаны дисперсионные характеристики СВ в экранированных АФП с ориентациями (111), (110), (100) при различных расстояниях до металлических экранов.

В третьем разделе главы 2 анализируются температурные зависимости собственной частоты СВ. При этом учитывается зависимость от температуры двух параметров ФП: намагниченности насыщения и поля кубической анизотропии. Созданное в процессе работы над диссертацией программное обеспечение позволяет, учитывать вышеназванные температурные зависимости и. таким образов, исследовать влияние температуры на характеристики СВ. В качестве примера' рассчитаны температурные зависимости величины разориентации внешнего поля и равновесной намагниченности, а такие собственной частоты СВ в касательно намагниченной ФП с ориентацией (111).

Здесь же подробно рассматривается вопрос о температурной стабильности частоты СВ. Этот вопрос является очень важным с точки зрения практического применения СВ- устройств. С помощью разработанного программного обеспечения в диссертации рассчитана величина температурного коэффициента частоты (ТКЧ) СВ для ряда кпистэллографических ориентаций пленок ЖИГ. Расчеты, в частности, показали, что максимальным ТКЧ обладает широко применяемая в настоящее время пленка ЖИГ с ориентацией (111), а минимальным - пленки с ориентациями (100), (110), (210). Подбор необходимого значения ТКЧ (например, с целью компенсации температурной зависимости магнитной системы) может быть произведен путем полбора азимутального угла распространения СВ. Для пленок с ориентациями (100), (110), (210) минимальное значение ТКЧ СВ достигается при распространении СВ вдоль

следующих кристаллографических осей: <001>, <00Ь, <00Ъ, <215> соответственно. Результаты расчета ТКЧ СВ для пленки ЖИГ с ориентацией (100) хорошо согласуются с экспериментальными данными работы [9].

Третья гравд "Возбуждение дипольно-обменных спиновых волн в экранированных анизотропных ферромагнитных пленках" посвящена теоретическому исследованию процесса возбуждения СВ переменным магнитным полем.

В первом разделе получены выражения для спин-волновых функций Грина экранированной анизотропной ФП, описывающие линейный отклик спин-системы пленки на неоднородное сторонее возбуждающее магнитное поле:

1 50

/ £0(4,4';?,ПМ^'Ж'йС ' (2)

-ш

где С - спин-волновая функция Грина, - фурье-образ переменной намагниченности, - сторонее возбуждающее магнитное поле.

Для вывода выражений использовался ранее описанный аппарат тензорных функций Грина. Внешнее неоднородное сторонее возбуждающее магнитное поле включалось в эффективное магнитное поле, входящее в уравнение движения магнитного момента. Компоненты тензорной функции Грина, полученные в первом порядке теории возмущений имеют вид:

= + Шм'т + "м N«)•

С'.' = -юп|(0в ♦ ымр„'п ♦ юм Н„). (3)

с« = - = «5 i озмУпп + 1«мМ1г

Сп1--д^-ехр(-1кг„К - П)

где = соД - имАм. и. - частота спиновой волны, Уд„ - групповая скорость.

Полученные выражения для функций Грннз не накладывают ограничений нв вид источника возбуждающего поля, поэтому эти выражения могут быть использваны для решения широкого класса задач, связанных с возбуждением

- ю-

СВ (взаимодействие со светом, задана дифракции и т.д.).

Во втором разделе получены выражения для сопротивления излучения микрополосковой антенны спиновых волн: |

дп1

где Нп = Нп(к,а, к:Ь/к:1, 0, <р).

Для получения этих выражений использовался известный в теории антенн метод наведенных э.д.с [10].

Следующий раздел главы 3. посэящен обсуждению поведения сопротивления излучения микрополосковой антенны - для случаев перпендикулярно и касательно намагниченной АФП. Показано, что в случае перпендикулярного намагничивания влияние любого вида анизотропии нз сопротивление излучения проявляется только в соответсвующем изменении частоты СВ (частотный сдвиг или появление азимутально-угловой зависимости частоты СВ). В случае касательного намагничивания для продольной волны имеет место та же ситуация, что и в случае перпендикулярного намагничивания: изменение сопротивления излучения под влияние анизотропии описывается только изменением частоты СВ. В случае поперечных волн (к4±М,) поведение сопротивления излучения определяется конкурирующими влияниями металлических экранов и анизотропии.

В четвертом разделе приведены температурные зависимости сопротивления излучения для случаез перпендикулярного и касательного намагничивания пленок ЖИГ.

Четвертая главя диссертации "Методика расчета рабочих характеристик спин-волновых устройств на анизотропных ферромагнитных пленках" посвящена практическому применению результатов, полученных в предыдущих главах.

В первом разделе получено выражение для сопротивления излечения мнсгоэлементной антенны для общего случая, когда дисперсионная зависимость содержит участки с положительным и отрицательным наклоном.

н„ = £ К; (к*) ♦ К, (5)

-л

где й*,. Пи"( - парциальные сопротивления излучения, соответствующие

волнам,, распространяющимся в • положительном и отрицательном направлении оси (;.

Во втором разделе приведены выражение для расчета входного импеданса многоэлементной микрополосковой антенны.

В третьем разделе получены выражения для расчета коэффициента передачи спин-волнового устройства по мощности и по напряжению.

В четвертом разделе рассматриваются рабочие характеристики спин-волновых устройств. Программное обеспечение, разработанное в ходе работы над диссертацией, позволяет рассчитывать следующие характеристики: АЧХ, ФЧХ, частотные зависимости входного импеданса, коэффициента отражения, КСВн, группового времени задержки (ГВЗ), а также компоненты Б-матрицы устройства. В качестве примера в этом разделе приведены АЧХ и частотные зависимости ГВЗ дисперсионных и бездисперсионных линий задержки, а также АЧХ и частотные зависимости КСВн полосно-пропускакших фильтров.

В пятом разделе обсуждается влияние анизотропии и температуры на рабочие характеристики спин-волновых устройств. Приведены АЧХ узкополосого фильтра на пленке ЖИГ различных кристаллографических ориентации. Для найденных в главе 2 термостабильных ориентаций пленок рассчитаны АЧХ и ФЧХ узкополосого фильтра.

В шестом разделе проводится сопоставление расчетных и экспериментальных 'характеристик спин-волновых устройств. Для использованных в экспериментах [11] структур полосно-пропускаюших фильтров были проведены расчеты АЧХ и частотной зависимости КСВн. Рассчитаны частотные зависимости КСВн для спин-волнового устройства с 2х-элементными антеннами на пленке ЖИГ с ориентацией (210) при различных направлениях распространения волны в плоскости пленки. Приводятся графики. иллюстрирующие хорошее совпадение расчетных и экспериментальных зависимостей.

В Приложении описано разработанное программное обеспечение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной рабиты состоят в следующем: 1. Построена теория спектра спиновых воли в экранированных анизотропных ФП. Теория учитывает как диполь-дипольное. так и неоднородное

взаимодействия в спин-системе ФП, а так же электродинамические ч обменные граничные условия. Использованный для учета магнитной кристаллографической анизотропии метод эффективных размагничивающих факторов позволяет применять полученные соотношения для анализа спектра СВ в АФП с различными видами анизотропии.

2. Проанализировано влияние кристаллографической анизотропии на собственную частоту СО в экранированных анизотропных пленках ЖИГ и ферр'ошпинели. Результаты расчета согласуются с описанными в литературе экспериментальными данными.

3. Исследована температурная зависимость частоты СВ в анизотропных ферромагнитных пленках. Нейден ■ ряд термостабильных кристаллографических ориентации, в которых температурный коэффициент частоты СВ имеет достаточно малое значение и может быть изменен путем подбора величины внешнего магнитного поля или направления распространения волны в плоскости пленки.

Результаты расчета хорошо согласуются с имеющимися в литературе данными по экспериментальному исследованию температурных зависимостей ч а с т о 1 ы СВ.

4. Построенз теория линейного возбуждения дипольно-обменных спиновых волн в экранированных анизотропных ферромагнитных пленках. Получено аналитическое выражение для сопротивления излучения микрополосковой антенны спиновых волн. эЯезаяо, что при перпендикулярном

намагничивании влияние анизотропии на сопротивление излучения описывается только соответствующим изменением частоты СВ и проявляется в зависимости величины сопротивления излучения от направления распространения волны в плоскости пленки, либо (для кристаллографических ориентации (111) и (100)) в частотном сдвиге зависимости R (и). При касательном намагкичиьанич в случае продольных волн влияние анизотропии описывается, как и в случае перпендикулярного намагничивания, изменением' частоты СВ. В случзе поперечных волн анизотропии приводит к зависимости величины сопротивления изтучения от ориентации волнового вектора СВ относительно кристаллографических осей в плоскости пленки.

5. РаэрэОотэнэ методика инженерного расчета основных раЗочих характеристик спин-волновых устройств, использующих экракирачамные анизотропные ферромагнитные пленки, Методика позволяет рассчитывать

- :з-

характеристики устройств (линий задержки, фильтров, фазовращателей) как с одиночными, так и многоэлементными микрополосковыми антеннами.

6, Программно реализовано решение задачи о равновесной ориентации вектора статической намагниченности в анизотропной ФП произвольной кристаллографической ориентации. Рассчитана' величина разориентации векторов статической намагниченности и внешнего магнитного поля для энизотролной. лленки ЖИГ (111). Результаты расчетов совладают с имеющимися в литературе данными.

7, Создан пакет программ, позволяющий рассчитывать следующие рабочие характеристики спин-волновых устройств1 на экранированных АФП: АЧХ, ФЧХ, частотные зависимости группового времени задержки, коэффициента отражения, КСВн по входу, входной импеданс устройства. Пакет позволяет анализировать влияние на перечисленные характеристики параметров АФП, размеров антенных решеток и температуры.

Продемонстрирована возможность расчета основных характеристик спин-волновых устройств (линий задержки и фильтров) при перпендикулярном, касательном и наклонном намагничивании АФП, Рассчитаны также характеристики термостабильного узкополосного фильтра, использующего АФП с соответствующей кристаллографической ориентацией. Сопоставление рассчитанных с помощью пакета программ характеристик с имеющимися экспериментальными данными показало достаточно хорошее совпадение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вапнз Г.М. СВЧ- устройства на магнитостатических волнах II Обзоры по электронной технике. Сер.1. Электроника СВЧ. - М.: ЦНИИ "Электроника". -1994 - Вып.8(1060). - С.60.

2. Анфиногенов В.Б., ЗильОерман П.Е., Казаков Г.Т., Митлина Л.А., Сидоров A.A., Тихонов В.В. Наблюдение распространения магнитостатических волн в пленке феррошпинели//Письма в ЖТФ. - 1S8B. - Т.12. - N16. - С,996-999.

3.Мериакри C.B., Огрин Ю.Ф., Петрова И.И. Электромагнитно-спиновые волны в тонких слоях одноосных ферромагнетиков.//ФТТ. - 1990. Т.32. - Вып.1. -С. 204.

4. Беляков C.B., Калиннкос Б.А., Кожусь Н.В. Дисперсия дипольно-обменных спиновых волн с аьизстрспных ь:онокрис1 аллических магнитных пленках. Ч 1. Спектр дипольно-иЗменных СВ II Электронная техника. Сер.1.

- 14-

Электроника СВЧ. - 1989 - Вып.1(415). - С,22-28,

5. Гуревич А. Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках'. -М.: Наука. -.1973. i

8. Беляков C.B. Расчет ориентации намагниченности в феррит с ^ом образце со сложной анизотропией.// Тез. докладов V Всес. школы по спин-волновой электронике СВЧ. Москва. - 1891, - С.185.

7. Беляков C.B. Ферромагнитный резонанс в ферритовом эллипсоиде с кубической кристаллографической анизотропией // Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. - 1984 - Вып.6(360). - С.35-42.

8. Калиникос Б.А. Спектр и линейное возбуждение спиновых волн в ферритовых пленках // Изв. ВУЗов. Физике. -1981 - N8. - С,42-50.

9. Хе A.C., Нам Б.П., Маряхин А.Б., Шагаев В.В., Лиховецкий В.Е., Малинов Г.Н. О температурной стабильности частот поверхностных МСВ.;; Тез. докладов V Всес. школы по спин- волновой электронике СВЧ. Москва, - 1091. - С.181.

10. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф, Возбуждение электромагнитных волн. М.: Радио и связь. - 1983 - 298 С.

Список ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.B.A.Ka!lnlkos, N.V.Kozhus', A.V.Zhuravlev "Excitation of propagating spin waves in anisotropic (errlte fllmiradlatlon resistance" II 8-th Int.shool on microwave physics end technique.MWS-89.Varne Bulgaria. 1989. P.118.

2.B.A.Kallniko3, N.V.KozhusVA V.Zhuravlev "Excitation of propegating spin wave3 !n anisotropic ferrite films" // ISSWAS-89. Varrn.1989. P.103-105.

3.А.В.Журавлев, . Б.А.Калиникос, Н.В.Кожусь • Тез.докл.'Сопротивление излучения микрополосковой антенны для анизотропной ферромагнитной пленки" II В кн.тез.IV Всес.иколы-семинара'Спин-волновая электроника СВЧ".Львов. 1989. С.111-112.

4.À.B.Журавлев, Б.А.Калиникос, Н.В.Кожусь. Тез.догл, "Теория возбуждения спиновых волн в сильно анизотропных ' ферромагнигнцх пленках микрополосковыми антеннами" II В кн.тез, IV семинара по функциональной магнитозлектронике".Красноярск. 1990. С.220-221.

5.Ö.A.Kallnikos, N.V.Kozhus', A.V.Zhuravlev .'Excitation theory of propagating spin waves for anisotropic ferrite film" // J.Appf.PhysJ091 .V.69. N8.F.fj2H4. B.A.0. Журавлев, Б.А.Калиникос, Н.В.Коиусь. Тез.докл."Теория лииейъогв зозОуждеиия спиновых волн в анизотропных ферритовых пленка*" // V

Be ее. школа по спнн-волновой электронике СВЧ. Звенигород. 1991. С. 145 7.B.A.Kalinlkos, N.V.Kozhus', A.V.Zhuravl-v, "Effect of mag'netocrystalllne anlsotropy on radiation resistance of mlcrostrip' transducers of spin waves in ferrite filmsMnt.Conf.on magnetic electronics, Kr. jnoyarsk. 1992.P.31 e.O.A.Kallnikos, N.V.Kozhus', A.V.Zhuravlev.'Mlcrowaw Impedance of mlcrostrip transducers of spin waves In anisotropic ferrite films" XI Int. Conf. on Microwave Ferrites. Alushta. 1992.

9.A.B,Журавлев, Б.А.Калиникос, Н.В.Кожусь.'РаОочие характеристики спин-волновых устройств при криогенных температурах" Тез.докп.Х! Всес.школы-семинара'Новые магнитные материалы микроэлектроники*.

Астрахань.1992 С,226 '

10. B.A.Kalinlkos, N.V.Kozhus'» A.V.Zhuravlev. "Theory of excitation of propagating spin waves In anlsotropi с ferrite films by mlcrostrip transducers" // 10th Int.Conf. on Microwave Ferrites. Poland. 1990.

11.A.B.Журавлев, 'Б.А.Калиникос, Н.В.Кожусь. "Сопротивление излучения микрополосковых антенн спиновых волн в анизотропных ферромагнитных пленках" .Известия ЛЭТИ. 1991.

Подписано к печ. 26.01.93. формат 60x84 1/16 Офсетная_печать Печ. л, 1.0; уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. ФЦ