ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №2

УДК: 537.874; 537.624

ВЛИЯНИЕ МАГНИТОУПРУГОЙ СВЯЗИ

НА ПРЕЦЕССИЮ ПОЛОЖЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ

НАМАГНИЧЕННОСТИ В СТРУКТУРЕ:

ТОНКАЯ МАГНИТНАЯ ПЛЕНКА – ТОЛСТАЯ УПРУГАЯ ПОДЛОЖКА

В.С. Власов ¹, В.Н. Шапоров ¹, В.Г. Шавров ², В.И. Щеглов ²

¹Сыктывкарский государственный университет им. П. Сорокина

167001, Сыктывкар, Октябрьский просп., 55

²Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН

125009, Москва, ул. Моховая, 11 к. 7

Статья поступила в редакцию 19 ноября 2024 г.

Аннотация. Рассмотрена задача о возбуждении связанных магнитных и упругих колебаний в плоскопараллельной структуре, состоящей из нормально намагниченной тонкой магнитной пленки, наложенной на толстую немагнитную упругую подложку. В качестве основного предмета исследования выбрана прецессия положения равновесия намагниченности. Были выделены две области развития колебаний во времени – область установления и область стационарного режима. В области установления по мере уменьшения постоянного поля выявлены четыре режима: регулярные колебания, релаксирующие биения, прецессия равновесия намагниченности, нерегулярные биения. В области стационарного режима в области поля меньшего поля размагничивания всегда присутствует только прецессия положения равновесия намагниченности. Колебания представляют собой две крупные синусоиды, соответствующие компонентам намагниченности m_x и m_y, имеют одинаковую амплитуду и сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов. Рассмотрена зависимость периода прецессии положения равновесия от постоянного поля при различных значениях константы магнитоупругого взаимодействия, Показано, что увеличение магнитоупругого взаимодействия приводит к уменьшению периода прецессии, тем более проявляющемуся, чем поле больше. Отмечено, что в качестве возможной причины такого поведения зависимостей может выступить нагружение магнитной системы упругой, что приводит к замедлению движения магнитной системы и дает увеличение периода. Рассмотрена зависимость периода прецессии положения равновесия от величины переменного поля при различных значениях константы магнитоупругого взаимодействия. Показано, что увеличение магнитоупругого взаимодействия приводит к уменьшению периода прецессии. В качестве возможной причины уменьшения периода предложено увеличение жесткости системы в целом. Рассмотрена зависимость амплитуды колебаний прецессии положения равновесия от магнитоупругой связи при различных значениях постоянного поля. Показано, что увеличение магнитоупругой связи вызывает стремление амплитуд к среднему значению между максимальным и минимальным в отсутствие связи. Рассмотрено поведение упругой составляющей колебаний при увеличении магнитоупругого взаимодействия. Показано, что зависимости амплитуды колебаний упругой составляющей от параметра магнитоупругой связи имеют линейный характер. Приведены некоторые замечания о возможном развитии работы.

Ключевые слова: прецессия намагниченности, магнитоупругое взаимодействие, развитие колебаний во времени.

Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Автор для переписки: Щеглов Владимир Игнатьевич, vshcheg@cplire.ru

Литература

1. Штраусс В. Магнитоупругие свойства иттриевого феррита-граната. // В кн.: У. Мэзон (ред.): Физическая акустика. Т.4Б. Применения физической акустики в квантовой физике и физике твердого тела. М.: Мир. 1970. С.241-316.

2. Адам Дж.Д. Аналоговая обработка сигналов с помощью СВЧ-ферритов. ТИИЭР. 1988. Т.76. №2. С.73-86.

3. Исхак В.С. Применение магнитостатических волн: обзор. // ТИИЭР. 1988. Т.76. №2. С.86-104,

4. Adam J.D., Davis L.E., Dionne G.F., Schloemann E.F., Stitzer S.N. Ferrite devices and materials. // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2002. V.50. №3. P.721-737.

5. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Магнитостатические волны в неоднородных полях. М.: Физматлит. 2016.

6. Курушин Е.П., Нефедов Е.И. Применение тонких монокристаллических пленок ферритов в устройствах СВЧ-микроэлектроники. // Микроэлектроника. 1977. Т.6, №6. С.549-561.

7. Serga A.A., Chumak A.V., Hillebrands B. YIG magnonics // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V.43. P.264002(16).

8. Ле-Кроу Р., Комсток Р. Магнитоупругие взаимодействия в ферромагнитных диэлектриках. // В кн.: У. Мэзон (ред.): Физическая акустика. Т.3Б. Динамика решетки. М.: Мир. 1968. С.156.

9. Калашникова А.М., Кимель А.В., Писарев Р.В. Сверхбыстрый оптомагнетизм. // УФН. 2015. T.185. №10. С.1064-1076.

10. Janusonis J., Chang C.L., Jansma T., Gatilova A., Vlasov V.S., Lomonosov A.M., Temnov V.V., Tobey R.I. Ultrafast magnetoelastic probing of surface acoustic transients. // Phys. Rev. B. 2016. V.94. №2. P.024415(7).

11. Власов В.С., Голов А.В., Котов Л.Н., Щеглов В.И., Ломоносов А.М., Темнов В.В. Современные проблемы сверхбыстрой магнитоакустики. // АЖ (Акустический журнал). 2022. Т.68. №1. С.22-56.

12. Sparks M., Tittmann B.R., Mee J.E. Newkirk C. Ferromagnetic re sonance in epitaxial garnet thin films // JAP. 1969. V.40. №3. P.1518.

13. Chen H., De Gasperis P., Marcelli R., Pardavi-Horvath M., McMichael R., Wigen P.E. Wide-band linewidth measurements in yttrium iron garnet films // JAP. 1990. V.67. №9. P.5530.

14. Телеснин Р.В., Козлов В.И., Дудоров В.Н. Ферромагнитный резонанс в эпитаксиальных пленках Y₃Fe_5-xGa_xO₁₂ // ФТТ. 1974. Т.16. №11. С.3532.

15. Аваева И.Г., Лисовский Ф.В., Осика В.А., Щеглов В.И. Исследование эпитаксиальных пленок смешанных ферритов-гранатов методом ферромагнитного резонанса // ФТТ. 1975. Т.17. №10. С.3045.

16. Аваева И.Г., Лисовский Ф.В., Осика В.А., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в эпитаксиальных пленках смешанных ферритов-гранатов // РЭ. 1976. Т.21. №9. С.1894.

17. Аваева И.Г., Лисовский Ф.В., Осика В.А., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в эпитаксиальных пленках смешанных ферритов-гранатов с кубической анизотропией // ФТТ. 1976. Т.18. №12. С.3694.

18. An K. et al. Coherent long-rare transfer of angular momentum between magnon Kittel modes by phonons. // Phys. Rev. B. 2020. V.101. №6. P.060407(6)

19. Кузмичев А.Н., Ветошко П.М., Князев Г.А., Белотелов В.И., Буньков Ю.М. Особенности взаимодействия магнонного Бозе-конденсата с акустическими модами в пленках железоиттриевого граната. // ПЖЭТФ. 2020. Т.112. №11-12. С.749-753.

20. Полулях С.Н., Бержанский В.Н., Семук Е.Ю., Белотелов В.И., Ветошко П.М., Попов В.В., Шапошников А.Н., Чернов А.И. Модуляция магнитоупругой связи при ферромагнитном резонанса в пленках феррит-гранатов. // ЖТФ. 2021. Т.91. №7. С.1124- 1131.

21. Полулях С.Н., Бержанский В.Н., Семук Е.Ю., Белотелов В.И., Ветошко П.М., Попов В.В., Шапошников А.Н., Шумилов А.Г., Чернов А.И. Ферромагнитный резонанс и упругие колебания в эпитаксиальных пленках феррит-граната иттрия. // ЖЭТФ. 2021. Т.159. №2. С.307-314.

22. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е., Казаков Г.Т., Сысоев В.Г., Тихонов В.В., Филимонов Ю.А., Нам Б.П., Хе А.С. Наблюдение быстрых магнитоупругих волн в тонких пластинах и эпитаксиальных пленках железоиттриевого граната. // ПЖЭТФ. 1981. Т.39. №9. С.500-504.

23. Казаков Г.Т., Тихонов В.В., Зильберман П.Е. Резонансное взаимодействие магнитодипольных и упругих волн в пластинах и пленках железо-иттриевого граната // ФТТ. 1983. Т.25. №8. С.2307-2312.

24. Андреев А.С., Зильберман П.Е., Кравченко В.Б., Огрин Ю.Ф., Темирязев А.Г., Филимонова Л.М. Влияние импульсного магнитного поля на фазовый синхронизм упругих и магнитостатических волн в структурах ЖИГ—ГГГ // ПЖТФ. 1984. Т.10. №2. С.90-94.

25. Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А., Стогний А.И., Никитов С.А. Магнитоупругие волны в субмикронных пленках ЖИГ, полученных ионно-лучевым распылением на подложках гадолиний-галлиевого граната. // ЖТФ. 2018. Т.88. №7. С.1060-1066.

26. Streib S., Keshtgar H., Bauer G.E.W. Damping of magnetization dynamics by phonon pumping. // Phys.Rev.Lett. 2018. V.121. №2. P.027202(6).

27. Ветошко П.М., Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Влияние упругих резонансов подложки на ферромагнитный резонанс в пленках железоиттриевого граната. РЭ. 2023. Т.68. №2. С.157-164.

28. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука. 1972.

29. Власов В.С., Шапоров В.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Упругие резонансы в структуре: тонкая магнитная пленка – толстая упругая подложка. // Журнал радиоэлектроники. 2023. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.12

30. Власов В.С., Шапоров В.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Вторичный магнитоупругий резонанс в структуре: тонкая магнитная пленка – толстая упругая подложка. // Журнал радиоэлектроники. 2023. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.25

31. Шапоров В.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Особенности резонансно-связанных магнитоупругих мод в структуре ферромагнетик-диэлектрик. // РЭ. 2024. Т.69. №3. С.171-180.

32. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейная динамика установления намагниченности в ферритовой пластине с магнитоупругими свойствами в условиях ориентационного перехода. // РЭ. 2010. Т.55. №6. С.689-701.

33. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Вынужденная нелинейная прецессия вектора намагниченности в условиях ориентационного перехода. // РЭ. 2011. Т.56. №1. С.84-96.

34. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Мультирежимный характер нелинейной прецессии намагниченности второго порядка в условиях ориентационного перехода. // РЭ. 2011. Т.56. №9. С.1120-1131.

35. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в условиях ориентационного перехода. М.: Физматлит. 2018.

36. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейное возбуждение гиперзвука в ферритовой пластине при ферромагнитном резонансе. // РЭ. 2009. Т.54. №7. С.863.

37. Власов В.С., Кирушев М.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Прецессия намагниченности второго порядка в магнитоупругой среде. // Электронный «Журнал радиоэлектроники» 2015. №4. http://jre.cplire.ru/jre/apr15/16/text.pdf.

38. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейное возбуждение гиперзвука в двухслойной ферритовой структуре. // Журнал радиоэлектроники. 2013. №2. http://jre.cplire.ru/jre/feb13/10/text.pdf

Для цитирования:

Власов В.С., Шапоров В.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Влияние магнитоупругой связи на прецессию положения равновесия намагниченности в структуре тонкая магнитная пленка – толстая упругая подложка // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.2.2