Возбуждение и распространение обменных спиновых волн в ферритовых пленках с неоднородными по толщине магнитными параметрами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ргб 'од

2 4 АПР ^35

На правах рукописи

ТИХОМИРОВА Марина Павловна

ВОЗБУЖДЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОБМЕННЫХ СПИНОВЫХ ВОЛН В ФЕРРИТОВЫХ ПЛЕНКАХ С НЕОДНОРОДНЫМИ ПО ТОЛЩИНЕ МАГНИТНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

(01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник А.Г. ТЕМИРЯЗЕВ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор В.Л. ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник В.Б. ГОРСКИЙ

Ведущая организация

- Институт общей физики РАН

Защита состоится "18" мая 1995 г. в 13-00 на заседании • диссертационного совета К 002.74.01 при Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 141120, Фрязино, МО, пл. Введенского, 1.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН. Автореферат разослан "¡0"СимгыЛ-1995 г.

Ученый секретарь I ;

диссертационного совета К 002.74.01 л|

кандидат физико-математических наук V V- И.И. Чу сов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Интерес к изучению распространения спиновых волн в магнитоупорядоченных средах обусловлен в значительной мере практическими потребностями СВЧ-техники. В настоящее время в магнитоэлектронике используется ряд устройств на основе магнитостатических колебаний и волн (МСВ) в пленках желе-зо-иттриевого граната (ЖИГ). Распространение МСВ обусловлено ди-польным взаимодействием. Наряду с магнитостатическими волнами в ферромагнетиках существуют и более короткие спиновые волны, при распространении которых доминирующим является обменное взаимодействие. Будем называть такие волны обменными спиновыми волнами (ОСВ). Отметим, что по сравнению с МСВ обменные спиновые волны являются не только более короткими, но и более медленными волнами. Это определяет перспективность использования ОСВ для создания миниатюрных и, возможно, гибридных СВЧ устройств. Существуют цве основные проблемы на пути разработки подобных устройств. Во-первых, необходимо обеспечить эффективное возбувдение- ОСВ, то эстъ найти способы передачи энергии от длинной электромагнитной волны в короткую спиновую. Во-вторых, необходимо найти методы /правления дисперсионными характеристиками ОСВ. Обе эти задачи жэгут быть решены при использовании неоднородных по толщине пленок ЖИГ. Поэтому исследование возбуждения и распространения облетан. спиновых волн.в ферритовых пленках с неоднородными по толщине магнитными параметрами является актуальным. Кроме того, тодобное исследование, позволяет проводить контроль степени однородности ферритовых пленок, что весьма важно при оценке качества новых материалов, технология роста которых находится в стадии разработки.

Следует отметить; что изучение обменных спиновых волн интересно как с практической, так и с фундаментальной точки зрения. Цлина волны ОСВ сопоставима с длинами волн звука и света, поэтому спиновые волны могли бы быть важным объектом и инструментом цля исследования взаимодействия между колебаниями различных Титов.

Цель настоящей работы состояла в исследовании:

- спин-волнового резонанса в пленках железо-иттриевого гра-

>

ната с неоднородными по толщине магнитными параметрами;

- возбуздения и распространения импульсов обменных спиновых волн в неоднородных пленках ЖИГ;

- особенностей взаимодействия спиновых и акустических волн в неоднородных пленках ЖИГ;

- ферритовых пленок нетрадиционных для магнитоэлектроники составов: висмутсодержащих ферритовых пленок и пленок ЖИГ, леги-ровнных Са и Бс.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Впервые осуществлено широкополосное (в частотной полосе порядка 1 ГГц) эффективное линейное возбуждение бегущих обменных спиновых волн с волновыми числами вплоть до q = 3•105 см-1.

2. Исследованы частотные характеристики времени задержки импульсов обменных спиновых волн, распространяющихся по толщине неоднородной пленки ЖИГ.

3. Разработана методика неразрушаицего восстановления профиля произвольного монотонного изменения магнитной неоднородности (эффективной намагниченности) по толщине ферритовой пленки.

4. На частотах 9-16 ГГц впервые осуществлено и исследовано возбуждение акустических волн в неоднородной по толщине пленке железо-иттриевого граната.

5. Обнаружена сильная частотная зависимость ширины линии ферромагнитного резонанса в легированных пленках ЖИГ с пониженной намагниченностью.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Эффективное возбуждение и распространение обменных спиновых волн с волновыми числами д ~ 105 см-1 может быть экспериментально реализовано в пленках железо-иттриевого граната, обладающих одновременно значительным изменением магнитных параметров пс толщине и малыми потерями в СВЧ диапазоне.

2. При фиксированной величине и направлении внешнего магнитного поля характер частотной зависимости времени задержки импульса ОСВ, распространяющегося по толщине ферритовой пленки, определяется профилем магнитной неоднородности.

3. Неоднородные пленки ЖИГ позволяют осуществить эффективно? возбуждение акустических волн на СВЧ частотах. Максимальная частота возбуждения звука определяется перепадом эффективной намаг-

ниченности.

4. В легированных Ga и Sc пленках ЖИГ с пониженным значением намагниченнсти насшения ширина линии ФМР 2АН в частотном диапазоне 0,5-9 ГГц прямо пропорциональна частоте и обратно пропорциональна величине намагниченности, в то время как в пленках чистого ЖИГ на частотах 2,5 - 10 ГГц ширина линии <ЙЙР остается примерно постоянной.

Практическая ценность полученных результатов определяется следующим:

1. Проведенные исследования по изучению распространения импульсов ОСВ в пленках железо-иттриевого граната с неоднородными по толщине магнитными параметрами показывают возможность создания линий задержки с различными заданными зависимостями времени задержки от частоты. Рассчитаны профили изменения эффективной намагниченности, обеспечивающие получение как бездисперсионных линий задержки, так и линий задержки с линейной зависимостью времени задержки от частоты.

2. Показано, что на основе ОСВ может быть получена бездисперсионная линия задержки, абсолютное значение времени задержки которой изменяется в зависимости от направления внешнего магнитного поля.

3. Продемонстрирована возможность сдвига частоты задержанного импульса ОСВ с помощью скачкообразного во времени изменения внешнего магнитного поля.

4. Эксперименты по возбуждению акустических волн на частотах 1-16 ГГц показывают перспективность использования неоднородных пленок ЖИГ для возбуждения гиперзвука.

5. Исследования легированных Ga и Sc пленок ЖИГ показали возможность создания перестраиваемых с помощью магнитного поля частотно-селективных устройств, работающих в метровом диапазоне и имеющих малые потери.

6. Проведенные исследования показали, что при оценке качества пленок, предназначенных для создания устройств на МСВ, целесообразно проведение тестирования степени однородности пленок. Кроме того, при оценке качества пленок необходимо учитывать наличие сильной частотной зависимости ширины линии ФМР в легированных пленках ЖИГ с пониженной намагниченностью.

Апробация результатов. Основные результаты, изложенные в работе, докладывались на XI Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике (Алушта, 1992 г.). на Международной конференции "Акусто-электро 93" (Санкт-Петербург, 1993 г.), на VI школе-семинаре по спин-волновой электронике СВЧ (Саратов, 1993 г.), на XIII и XIV Всеоюзных школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)" (Астрахань, 1992 г.; Москва, 1994 г.), на Семинарах по спиновым волнам (Санкт-Петербург, 1992, 1994 гг.), на Международной конференции по поверхностным волнам в твердых телах и слоистых структурах (Санкт-Петербург, 1994 г.), на международных конференциях по магнетизму ( МММ-93, Minneapolis 1993; MMM-Intermag, Albuquerque 1994; ICM'94, Warsaw 1994), а также на семинарах в ИРЭ РАН и в Институте физических проблем РАН.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 22 печатные работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и изложена на Ц7 страницах, включающих. 86 страниц текста и 31 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели исследований, изложены основные научные положения, выносимые на защиту. Здесь же раскрывается структура диссертации.

Первый раздел диссертации носит обзорный характер и посвящен анализу состояния теоретических и экспериментальных исследований по проблемам, затронутым в работе. Рассмотрены основные методы возбуждения ОСВ. Отмечается, что эффективное линейное возбуждение бегущих обменных спиновых волн было осуществлено в работе Ш, где в роли антенны спиновых волн выступал тонкий имплантированный слой на поверхности пленки. Другой подход к решению проблемы возбуждения коротких спиновых волн заключается в использовании неоднородных магнитных сред [2]. Тогда длина спиновой волны зависит от координаты. Это позволяет создать условия, когда в определенной области пространства волновое число

становой волны будет мало, что обеспечивает эффективную связь с электромагнитной волной. В то не время, по мере распространения волны ее длина уменьшается, что приводит к возникновению коротких спиновых волн. Данная идея была реализована в экспериментах со стержнями ЖИГ.

Среди работ, учитывающих толщинную неоднородность магнитных пленок, можно выделить два основных направления. Это, во-первых, рассмотрение влияния неоднородности на дисперсионные характеристики дипольных магнитостатических волн, распространяющихся вдоль поверхности пленки [3,41. Во-вторых, исследование спин-волнового резонанса (СВР) в неоднородных магнитных пленках (5-81, и решение обратной задачи - восстановления профиля неоднородности из спектров СВР 19].

Второй раздел посвящен исследованию спин-волнового резонанса в неоднородных пленках ЯИГ. Целью данного раздела является выбор образцов, обладающих достаточной степенью неоднородности для эффективной трансформации длины ОСВ. В подразделе 2.1 приведено описание экспериментальной установки для исследования спектров СВР. В подразделе 2.2 даны как экспериментальные данные по спектрам СВР, так и результаты теоретического анализа. Экспериментально исследовались пленки ЯИГ ориентации (111) и (100), толщина L которых составляла 10-20 мкм. Было обнаружено, что некоторые образцы обладают необычно широким спектром поглощения, внутри которого наблюдаются десятки резонансных пиков. Нумеруя пики в порядке возрастания их частоты, были измерены зависимости резонансных частот шп от их номера п в случае нормального и касательного намагничения (рис.Иа)). Вид зависимостей шп не изменялся при варьировании размеров в плоскости от 1 мм до нескольких сантиметров, что позволило предположить, что пики поглощения связаны с толщинными резонансами (СВР). Для проверки данного предположения был выполнен теоретический анализ. Считалось, что параметром, изменяющимся по толщине пленки является эффективная намагниченность, определяемая следующим образом: 4яЯ(х) = 4иМд(х) - НД(х), где Ид(х) - намагниченность насыщения, НА(х) -поле одноосной анизотропии. Остальные параметры пленки предполагались константами. Тогда в случав нормально намагниченной пленки уравнение движения намагниченности может быть записано в ви-

де: 2

^^ + qU)2-m(x) = О, (1)

где q(I)2 и о)/Т - H + 4иИ(х) f (2)

ш(х) - переменная намагниченность, H - величина внешнего магнитного поля, 7 - гиромагнитное отношение, D - постоянная неоднородного обмена. Величина q(x), определяемая дисперсионным соотношением (2), зависит от локальной намагниченности и имеет физический смысл локального волнового числа. Пусть М(х) меняется по толщине монотонно, достигая максимального значения M = MQ при х = 0 и минимального И = ML при х = L. Тогда из (2) видно, что в определенном частотном интервале Ди = ДтгуДМ (где AM = MQ - ML -перепад эффективной намагниченности) внутри пленки существует точка z - d, в которой волновой вектор q обращается в ноль (точка поворота). Обменные спиновые волны не распространяются в слое d < х < L , где величина q2 < 0 и могут распространяться при 0 < х < d, поскольку в этом слое значение q2 > 0. Величина Ли определяет ширину области возбуждения интенсивных мод СВР, поскольку вблизи точки поворота происходит эффективная передача энергии от электромагнитной волны в спиновую. В данном разделе в рамках метода ВКБ были найдены решения уравнения (1) для произвольного монотонного профиля М(х). Тогда резонансные частоты шп определяются из соотношения:

<p(un) + ср0 = 2ип п = 1, 2, 3, .... (3)

где

û(w)

cp(u) = 2-J.q(x,u) dx (4)

О

- фазовый набег при распространении ОСВ от точки поворота до границы пленки и обратно, <р0 - скачок фазы при отражении волны от границы пленки .

Подраздел 2.3 посвящен решению обратной задачи - восстановления профиля эффективной намагниченности из спектров спин-волнового резонанса. Положив в (2) q(x)2 = 0, из экспериментально полученных частот шп определяются значения В^ , соответствующие М(х) при х = djj s d(u>n). Координаты с^ находятся из уравнений (3) и (4), считая, что на участке < х < <Зп+1 зависимость

М(х) линейна. Таким образом получаем набор значений M^t^), описывающий распределение намагниченности по толщине пленки . Аналогично случаю нормально намагниченной пленки, строится профиль изменения эффективной намагниченности по значениям резонансных частот в касательном поле. Главное отличие от рассмотренной ранее процедуры заключается в том, что дисперсионное соотношение (2) заменяется на

q(x)2= -jj- • [У(-у-}2 + (2иМ(х))2 - Н - 2*М(Х) , (5)

и процесс восстановления профиля вдет в противоположном направлении - от гранивд х = L к х = О. Результаты расчетов представлены на рис. 1(6). Видно хорошее совпадение профилей, полученных из спектров при различных ориентациях намагничивающего поля, что говорит о том, что для данного образца предположение о монотонном характере изменения М(х) является верным.

Подраздел 2.4 посвящен обсуждению правомерности используемых при расчете упрощений. Результаты исследования пленок ЖИГ с немонотонным профилем изменения эффективной намагниченности приведены в подразделе 2.5. Были оценены потери в таких пленках. Оказалось, что ширина резонансной линии 2АН достигает минимального значения ~ 0,15 - 0,2 Э для наиболее интенсивного резонанса с п = 1. Это значение является весьма малым и сопоставимо с данными для лучших монокристаллов ШИТ. Таким образом, неоднородность пленки не приводит к увеличению потерь. В подразделе 2.6 кратко сформулированы основные результаты и выводы второго раздела.

В третьем разделе рассматривается проблема возбуждения и-распространения импульсов обменных спиновых волн. В подразделе 3.1 описана экспериментальная установка для возбуждения импульсов ОСВ и их регистрации. В подразделе 3.2 приведены результаты экспериментов по возбуждению обменных спиновых волн в случае нормального и касательного намагничения. Показано, что в некотором диапазоне магнитных полей амплитуда отраженного от образца сигнала резко падает, и появляется второй импульс, задержанный на время г. Наблюдение задержанного импульса можно интерпретировать как возбуждение ОСВ, распространяющейся по толщине пленки. Возбуждение происходит вблизи точки поворота. Время задержки обусловлено временем распространения ОСВ от точки поворота до грани-

цн пленки и обратно. Эффективность возбуждения достаточно высока - общие потери на возбуждение, распространение и прием ОСВ относительно невелики и составляют порядка .10 дБ при времени задержки 100 - 140 не. Отмечено, что в неоднородной пленке величина х зависит не только от групповой скорости, но и от длины пути, проходимого импульсом ОСВ внутри пленки. Рост длины пути может скомпенсировать увеличение групповой скорости. Поэтому поведение зависимости х(ш) определяется тем, какая из этих тенденций превалирует. Скорость смещения точки поворота при изменении частоты определяется профилем 4пХ(х). Таким образом, выбирая разные про-ч Фили изменения эффективной намагниченности, можно изменять характер х(ш). Рассмотрению этого вопроса посвящен подраздел 3.3. Показано, что взяв И(х) в виде функции, меняющейся по степенному закону 4тсМ(х) = 4иМ0 - 4-тсДЫ • (х / Ь)г, можно получить частотные зависимости различного типа. Так для г = 2/3 задержка х линейно нарастает с со. Для г = 2 время задержки не зависит от частоты. При г > 2 задержка убывает с ростом частоты. Проведенные эксперименты подтверждают данные выводы. Из рисунка 2 видно, что все три основных типа характеристик х(ш): рост, спад, постоянная задержка - могут быть практически реализованы на основе пленок с различными профилями. Отмечено также, что полоса частот, в которой наблюдается задержанный импульс, может превышать 1 ГГц. Это обусловлено большим значением величины перепада 4тсЛМ, достигающим в одной из пленок 500 Гс. Волновые числа 00В в таком образце могут составлять ~ 3•Ю5см~1.

В подразделе 3.4 продемонстрирована возможность изменения абсолютной величины х бездисперсионной линии задержки в пределах 70 - 110 не за счет изменения направления внешнего магнитного поля в диапазоне углов 0° - 13° от нормали. Увеличение времени задержки сопровождается сужением (с 900 МГц до 400 МГц) частотной полосы существования задержанного импульса. Приведены"теоретические оценки, показывающие, что отклонение поля от нормали вызывает существенное сужение полосы частот, на которых возбуждаются ОСВ. В подразделе 3.5 описаны эксперименты, показывающие возможность сдвига частоты импульса ОСВ при скачкообразном во времени изменении величины внешнего магнитного поля. В подразделе 3.6 обобщены основные результаты третьего раздела.

Рис. 1. Зависимости резонансной частоты от номера резонанса (а) и'расчинанные из данных зависимостей профита относительного изменения эффективной намагниченности.

1900 1800 1700 Ч

1600 -1500 -1400 -1300-

а

120 -

100 -

а 80-н

I»

60 -

40 -

20-

1-Г—

5 10 X, нш

15

'••«и.

т

т

г

4300 5000

а>/2х, МГц

5500

Рис. 2. Профили изменения эффективной намагничености (а) для трех пленок ЖИГ и измеренные в тех же пленках зависимости времени задержки от частоты (б). Сплошными линиями 1 - 3 на рис. (а) показаны степенные функции с показателями г = 2/3 (1), г = 2 (2), г = 6 (3).

В четвертом разделе рассмотрены особенности взаимодействия спиновых и акустических волн в неоднородных пленках железо-иттриевого граната. Подраздел 4.1 показывает, что магнитоупругое взаимодействие приводит к искажению спектров СВР. Было обнаружено, что в части спектра СВР, соответствующей высоким номерам мод, наблюдаются участки значительного уменьшения амплитуды осцилляции. Предполагалось, что искажения возникают в тот момент, когда волновое число ОСВ достигает значения волнового числа акустической волны (АВ), то есть когда в пленке появляется точка' синхронизма ОСВ и АВ. В рамках данной модели была расчитана частотная зависимость магнитного поля, при котором появляется точка синхронизма. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными показало, что искажения действительно вызваны взаимодействием ОСВ с акустической волной, причем АВ является поперечной волной. Максимальная частота, на которой возможно достижение точки'синхронизма, определяется перепадом эффективной намагниченности и имеет вид:

1-до »a=oo,ou-j.u им/и. В приведенных экспериментах наибольшее значение штах достигало 16 ГГц в пленке с 4тсДМ 340 Гс.

В подразделе 4.2 проведен более тщательный анализ структуры искажений. Он показал, что уменьшение амплитуды осцилляций вызвано интерференцией двух сигналов. Один из них - это спиновая волна, распространяющаяся от точки поворота до поверхности (точка D на рис. 3) и обратно. Второй - это волна, являющаяся ОСВ на участке С-В, и акустической волной на участке В-А. В точке А акустическая волна отражается, если х = 0 является границей пленка-воздух. В точке В происходит прямое и обратное преобразование ОСВ-АВ. Отметим, что волны взаимодействуют лишь в очень узком слое, расположенном вблизи точки синхронизма. В остальном объеме пленки ОСВ и АВ распространяются независимо друг от друга.

Подраздел 4.3 посвящен исследованию взаимодействия спиновых и акустических волн в импульсном режиме. На рис. 4 показаны огибающие импульсов, отраженных от образца. Видно наличие двух задержанных импульсов, расстояние между которыми зависит от вели-

(6)

2.5x10

^ 2.0x10

0 1.0х10э |

1 5.0х104

0.0-

13

___1

А

* 9 2

координата х

РИС. 3. Изменение волнового числа ОСВ по толщине пленки (линия 1). Линия 2 - волновое число АВ.

Н = 2933 Э 3 ьГ

Н = 3018 Э 1 1

Н = 3031 Э I

ДОМ» 500 не

150 -

100 -

-1-1-1

3100 3200 3300 3400

магнитное поле, Э

Рис. 4. Зависимости огибающей отраженного сигнала от времени, ш/2% = 3695 МГц.

Рис. 5. Зависимость времени задержки от магнитного поля. Сплошные линии - расчетные значения т.

чины внешнего магнитного поля. Сигнал, имеющий большее время задержки, связан с распространением ОСВ. Предполагалось, что импульс с меньшей задержкой соответствует волне, распространяющейся как ОСВ на участке между точками поворота и синхронизма, и как AB - в слое между поверхностью пленки и точкой синхронизма. С учетом профиля аффективной намагниченности данной пленки были рассчитаны полевые зависимости фазовых набегов ОСВ и AB, и найдены зависимости их времени задержки от магнитного поля. Хорошее соответствие экспериментальных данных с расчетными (рис. 5) подтверждает изложенную интерпретацию эксперимента. В то же время, как видно из рис. 4, амплитуды задержанных импульсов сравнимы. Следовательно, несмотря на локальность взаимодействия, эффективность преобразования ОСВ - AB достаточно велика. Подраздел 4.4 содержит основные выводы четвертого раздела.

Пятый раздел посвящен исследованию легированных пленок желе-зо-иттриевого граната с пониженным значением намагниченности насыщения и висмутсодержащих ферритовых пленок. Исследуемые пленки являются новыми, не традиционными для магнитоэлектрошки материалами. В связи с этим весьма важной задачей является корректная оценка качества получаемых образцов. В диссертации данные материалы рассматривались с нескольких точек зрения, а именно оценивалась: 1) степень неоднородности образцов (используя методику, описанную в разделе 2); 2) потери; 3) возможность создания СВЧ устройств на основе данных пленок.

В подразделе 5.1 приведены результаты экспериментального изучения висмутсодержащих ферритовых пленок. Были исследованы пленки двух серий, различающихся по составу и технологии эпитаксиального роста: 1) (Lu Bl)3(ie Ga)5012, 2) (Iu В1)3Ре5012. Отметим, что в процессе роста неоднородность магнитных параметров по толщине специально не задавалась. Для оценки степени неоднородности пленок проводились эксперименты по спин-волновому резонансу. Оказалось, что подавлявшее большинство висмутсодержащих пленок существенно неоднородны по толщине. Для пленок первой серии перепады аффективной намагниченности составляли 400-700 Гс для образцов ориентации (Ш) и ~ 5000 Гс для пленки ориентации (211). Характерное значение 4тсДМ для пленок второй серии составляет ~ 100 Гс. Главным отличием пленок данного состава является

малая величина потерь, сравнимая с потерями в ЖИГ.

В подразделе 5.2 приведены результаты исследований Ga, Sc -замещенных пленок жвлезо-иттриевого граната. Практическое применение таких пленок определяется возможностью создания устройств, работающих в метровом диапазоне. Среди исследуемых образцов оказались как однородные, так и существенно неоднородные то толщине пленки, для которых характерная величина перепада составляла ~ 100 Гс. Для оценки потерь в пленках состава Y:3(Fe2_yScy)(Fe3_xGax)012 были проведены измерения ширины линии ФМР для трех образцов с намагниченностями насыщения 4idis, равными 200, 300 и 470 Гс. Оказалось, что в пленках с малой намагниченностью величина 2ДН быстро нарастает с увеличением частоты, причем с уменьшением намагниченности крутизна роста 2АН(ш> увеличивается. В то же время для пленки чистого ЖИГ значение 2ДН в частотном диапазоне 2,5-10 ГГц изменяется незначительно. Показано, что для описания диссипации в Ga, Sc - замещенных пленках ЖИГ наиболее приемлемым является использование феноменологического уравнения Ландау - Лифпица: ям * > ш. > * *■

Щ = -7М х н - ф М - (М х Н) , (7)

где ud - параметр релаксации.В этом случае АН линейно возрастает с частотой, и наклон этой линейной зависимости увеличивается с уменьшением М0, что согласуется с экспериментальными результатами для пленок легированного ЖИГ. Величины cod для всех трех образцов близки и.составляют ы^/2% * 26-30 КГц.

Вопросы возможности практического применения Ga, Sc - замещенных пленок ЖИГ рассмотрены в подразделе 5.3. Приведены характеристики макета полосно пропускающего фильтра, изготовленного на основе пленки состава Y3(Fe2_yScy)(Fe3_xGax)012 с высокой степенью однородности и намагниченностью насыщения 4idis = 200 Гс. Ширина полосы пропускания данного макета на уровне -3 дБ составляет ~ 8 МГц. При перестройке центральной частоты фильтра от 70 до 180 МГц вносимые потери не превышают 5 дБ. Управление при этом осуществляется за счет изменения HQ от 3 до 17 Э. В подразделе 5.4 приведены основные выводы пятого раздела.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Показано, что существуют пленки железо-иттриевого граната, обладающие одновременно существенной неоднородностью магнитных параметров по толщине и малыми потерями в СВЧ диапазоне. Показано, что в таких пленках возможно эффективное широкополосное возбуждение и распространение обменных спиновых волн с я ~ 105 см-1. Разработана методика восстановления профиля монотонного изменения аффективной намагниченности из спектров спин-волнового резонанса.

2. Исследовано распространение импульсов обменных спиновых волн в неоднородных пленках ЖИГ. Продемонстрирована возможность изменения характера частотной зависимости времени задержки импульса ОСВ за счет выбора профиля неоднородности, а также вели-, чины и направления внешнего магнитного поля. Продемонстрирована возможность сдвига частоты импульса ОСВ с помощью скачкообразного во времени изменения магнитного поля, прикладываемого к образцу.

3. Осуществлено возбуадение акустических волн в неоднородной по толщине пленке железо-иттриевого граната на частотах до 16 ГГц. Исследовано взаимодействие спиновых и акустических волн в импульсном режиме. Показано, что в точке синхронизма ОСВ и АВ эффективность взаимного преобразования этих волн велика несмотря на то, что условия синхронизма реализуются лишь в пространственно узком слое.

4. Показано, что подавляющее большинство исследованных висмутсодержащих ферритовых пленок существенно неоднородны. Величина перепада поля анизотропии по толщине пленки сравнима с величиной поля анизотропии.

5. Исследованы пленки состава ?3(Ре2_^Зс КРе^ва^О^. Обнаружена сильная зависимось ширины линии ФМР от частоты в образцах с большим содержанием ва (х ~ 1). Показана возможность создания на основе таких пленок МСВ фильтров, с малыми потерями в метровом диапазоне. Отмечено, что при создании подобных устройств целесообразно проводить проверку степени однородности используемых пленок.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова. Зависимость фазы от частоты для обменных спиновых волн в пленках железо-иттриевого граната с неоднородными по толщине магнитными свойствами // Письма в ЖТФ. 1992. Т.18. В.14. С.79-83.

2. А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова. Нелинейные процессы в ферри-товых пленках // Тез. докл. XI межд. конфер. по гиромагнитной электронике и электродинамике. Алушта, 1992. Т.4. С.119-121.

3. Ю.В.Гуляеев, П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова. Взаимодействие гиперзвуковых и спиновых волн в неоднородных по толщине пленках железо-иттриевого граната // Тез. докл. межд. конфер. "Акусто-электро 93". Санкт-Петербург, 1993.

С.42-46.

4. П.Е.Зильберман, Л.В.Луцев, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова, Ю.М. Яковлев. Спектр спин-волновых колебаний, локализованных внутри объема пленки ЖИГ // Тез. докл. VI школы-семинара по спин-волновой электро-нике СВЧ. Саратов, 1993. С.56,57.

5. Ю.В.Гуляеев, П.Е.Зильберман, А.В.Маряхин, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова, А.С.Хе. Магнитоупругое взаимодействие в неоднородных по толщине пленках железо-иттриевого граната // Тез. докл. VI школы-семинара по спин-волновой электронике СВЧ. Саратов, 1993. С.91,92.

6. Л.В.Тихонравова, П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова. СВЧ дисперсионная линия задержки на спиновых волнах // Тез. докл. VI школы-семинара по спин-волновой электронике СВЧ. Саратов, 1993. С.144,145.

7. П.Е.Зильберман, А.В.Маряхин, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова, А.С.Хе. О возможности создания линий задержки на обменных спиновых волнах в толщинно-неоднородных пленках ЖИГ // Тез. докл. VI школы-семинара по спин-волновой электронике СВЧ. Саратов. 1993. С.146,147.

8. М.П. Тихомирова, Г.В.Арзамасцева, А.Г.Темирязев. Исследование характеристик висмутсодержащих пленок ферритов-гранатов. // Тез. докл. VI школы-семинара по спин-волновой электронике СВЧ. Саратов, 1993. С.165,166.

9. П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова. Спектры спиновых волн в толщинно-неоднородных пленках железо-

иттриевогограната // Тез. докл. XIII Всеоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)". Астрахань, 1992. С.228,229.

10 А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова. Определение профиля эффективной намагниченностив толщинно-неоднородных пленках // Тез. докл. XIII Всеоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)". Астрахань, 1992. С.232,233.

11. Ю.В.Гуляеев, П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П.Тихомирова. Возбуждение гиперзвука с помощью неоднородной по толщине пленки ЖИГ // Письма в ЖТФ. 1993. Т.19. В.2. С.33-37.

12. П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П.Тихомирова. Распространение импульсов обменных спиновыхволн в пленках ЖИГ с неоднородными по толщинемагнитными свойствами.// Письма в ЖТФ. 1993. Т.19, В.11,С. 33-37.

13. A.G.Temiryazev, M.P.Tlkhomlrova, P.E.Zil'berman. "Exchange" spin waves In nonuniform YIG films // Abstracts of the 38th Annual Conf. MMM-93. Minneapolis, 1993. CQ-19.

14. Yu.V.Gulyaev, A.G.Temiryazev, M.P.Tlkhomlrova, P.E.Zil'berman. Magnetoelastlc Interaction In yttrium Iron garnet films with magnetic lnhomogeneltles through the film thickness // Abstracts of the 38th Annual Coni. MMM-93. Minneapolis, 1993. AP-16.

15. П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова, А.В.Маряхин, А.С.Хе. Частотная зависимость ширины линии ФМР в Ga,Sc - замещенных пленках ЖИГ с малой намагниченностью// Письма в ЖТФ. 1993. Т.19. В.19. С.75-79.

16. A.G.Temiryazev, M.P.Tlkhomlrova, P.E.Zil'berman. Losses In Ga.Sc-substltuted YIG films // Abstracts of the 6th Joint MMM-Intermag Conf. Albuquerque, 1994. P.207-208.

17. Yu.V.Gulyaev, A.G.Temiryazev, M.P.Tlkhomlrova, P.E.Zil'berman. Magnetoelastlc Interaction In yttrium Iron garnet films with magnetic lnhomogeneltles through the film thickness // J. Appl. Phys. 1994. Y.75. H10. P.5619-5621.

18. A.G.Temiryazev, M.P.Tlkhomlrova, P.E.Zil'berman. "Exchange" spin wave In nonuniform YIG films // J. Appl. Phys. 1994. V.76. N.9. P.5586-5588.,

19. П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова, А.В.Маряхин, А.С.Хе. Возможности использования неоднородных по толщине пленок ЖИГ для создания СВЧ устройств.// Тез. докл. XIV Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)". Москва, 1994. 4.1. С.103,104.

20. П.Е.Зильберман, А.Г.Темирязев, М.П. Тихомирова, А.В.Маряхин, А.С.Хе. СВЧ свойства Ga, Sc -замещенных пленок ЖИГ смалой намагниченностью // Тез. докл. XIV Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)". Москва, 1994. 4.1. С.57,58.

21. A.G.Temlryazev, M.P.Tlkhomlrova, P.E.Zll'bennan. Feasibility of nonuniform garnet films for acoustic wave excitation at microwave frequencies. // Abstracts of ISSWAS-94. St.Peter-burg, 1994. Pap.84.

22. A.G.Temlryazev, M.P.Tlkhomlrova, P.E.Zll'bennan. Propagation of spin waves across the thickness of the nonunifonn garnet films // Abstracts of ICM'94. Warsaw, 1994. P.67 (BP.75).

ЛИТЕРАТУРА

1. Ю.В.Гуляев, П.Е.Зильберман, E.C. Санников, В.В.Тихонов, А.В. Толкачев. Линейное возбуждение импульсов обменных спиновых волн в пленках железо-иттриевого граната // Письма в ЖТФ. 1988. Т.14. N 10. С.884-888.

2. Е. Schlamann. Generation of spin-waves in nonuniform magnetic fields. I. Conversion of electromagnetic power Into spin-wave power and vice versa // J. Appl. Phys. 1964. V.35. P.159.

3. N.E. Buris, D.D. Stansil. Magnetostatic surface- wave propagation in ferrite thin films with arbitrary variations of the magnetization through the film thickness // IEEE Trans, on MTT. 1985. V.33. N6. P.484-491.

4. И.Ю. Гайович, Г.П. Головач, И.В. Зависляк, В.Ф. Романюк. Ди-польные и обменные спиновые возбуждения в неоднородных ферри-товых пленках // ФТТ. 1992. Т.34. N6. С.1680-1686.

5. A.M. Portis. Low-lying spin wave modes In ferromagnetic films // Appl. Phys. Lett. 1963. V.2. P.69-71.

6. E. Schlttmann. Theory of spin-wave resonance In thin films // J. Appl. Phys. 1965. V.36. P.1193-1194.

7. В. Hoekstra, R.P. Van Stapele, and J.M. Robertson. Spin-wave resonance spectra of inhomogeneous bubble garnet films // J. Appl. Phys. 1977. V.48. P.382-395.

8. JI.B. Лутцев, И.Л. Березин, Ю.М.Яковлев. Спин-волновой резонанс в пленках; с линейным профилем намагниченности // Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1989. В.5. С.5-8.

9. G.H.Wilts and S. Prasad. Determination of magnetic profile in implanted garnets using ferromagnetic resonance // IEEE Trans. Magn. 1981. 1IAG-17. P.2405.

Подписано б печать 29.Co.799C г.

Формат 60x84/16. Объем Т.16 усл.п.л. Тираж ТСС экз.

Ротапринт ИРО РАН. Зак.Т9.