ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №5

УДК: 537.874; 537.624

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТЕЙ ПОДРЕШЕТОК

ДВУХПОДРЕШЕТОЧНОГО ФЕРРИМАГНЕТИКА С ТОЧКОЙ КОМПЕНСАЦИИ.

ЧАСТЬ 2. СТЕПЕННОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ

Д.А. Суслов, В.Г. Шавров, В.И. Щеглов

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

125009, Москва, ул. Моховая, 11 к.7

Статья поступила в редакцию 2 апреля 2024 г.

Аннотация. Рассмотрен алгоритм определения намагниченностей подрешеток двухподрешеточного ферримагнетика с точкой компенсации. На основе рассмотрения магнетика как совокупности спинов двух ориентаций получена зависимость намагниченности от температуры в виде трансцендентного уравнения. Численное решение такого уравнения обеспечивает совпадение расчетной зависимости с экспериментом в пределах 10%. Для выражения аналитической зависимости намагниченности от температуры в явном виде предложено степенное приближение, содержащее отношение температуры магнетика к температуре Кюри в шестой степени. На основе степенного приближения построена фазовая диаграмма двухподрешеточного ферримагнетика с точкой компенсации. Приведена схема определения намагниченностей подрешеток на основе использования значений по температуре четырех характерных точек нижней ветви фазовой диаграммы. Получена система уравнений, связывающая параметры характерных точек со значениями намагниченностей в начальной точке и в точке максимума диаграммы при температуре выше компенсации. Путем решения приведенной системы уравнений получены достаточно простые аналитические выражения, определяющие значения намагниченностей насыщения той и другой подрешеток через параметры характерных точек нижней ветви фазовой диаграммы. Предложенная методика применена к определению намагниченностей подрешеток в экспериментах по измерению суммарной намагниченности, выполненных на пленках двух различных составов с помощью вибрационного магнетометра. Для проверки полученных значений было выполнено сравнение построенной на их основе фазовой диаграммы с диаграммой, получаемой в эксперименте. Проверка показала совпадение расчетных данных с экспериментальными в пределах от 8 до 40 %. Выполнен анализ соответствия конфигурации полученных диаграмм с данными эксперимента. Установлено хорошее (до долей процента) совпадение значения полной намагниченности в начале диаграммы, а также совпадение значений температуры компенсации и температуры Кюри. Для интерпретации наблюдаемых отклонений предложена гипотеза о влиянии третьей подрешетки, меняющей намагниченность основных подрешеток. Приведены рекомендации для дальнейшего развития работы.

Ключевые слова: смешанные ферриты-гранаты, температура компенсации, намагниченности подрешеток.

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. Лакс Б., Баттон К. Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики. М.: Мир. 1965.

2. Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. М.: Гос.Изд.физ.-мат.лит. 1960.

3. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука. 1973.

4. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит. 1994.

5. Моносов Я.А. Нелинейный ферромагнитный резонанс. М.: Наука. 1971.

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. Гласс Х.Л. Ферритовые пленки для СВЧ-устройств. // ТИИЭР. 1988. Т.76. №2. С.64-72,

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

9. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Магнитостатические и электромагнитные волны в сложных структурах. М.: Физматлит. 2017.

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

11. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамика намагниченности в условиях изменения ее ориентации. М.: Физматлит. 2019.

12. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Спиновые волны в средах с обменом и диссипацией. М.: Физматлит. 2021.

13. Шавров В.Г., Щеглов В.И., Иванов А.П. Нелинейные колебания в задаче возбуждения гиперзвука. Сыктывкар: ООО «Коми республиканская типография». 2021.

14. Лисовский Ф.В. Физика цилиндрических магнитных доменов. М.: Сов.Радио. 1979.

15. О’Делл Т. Ферромагнитодинамика. Динамика ЦМД, доменов и доменных стенок. М.: Мир. 1983.

16. Малоземов А., Слонзуски Дж. Доменные стенки в материалах с цилиндрическими магнитными доменами. М.: Мир. 1982.

17. Магниторезистивная оперативная память. Электронный ресурс: ru.wikipedia.org/wiki/магниторезистивная оперативная память.

18. Романова И. Магниторезистивная память MRAM компании Everspin Technologies. // Электроника НТБ. 2014. №8.

19. Logunov M., Safonov S., Fedorov A., Danilova A., Moiseev N., Safin A., Nikitov S., Kirilyuk A. Domain wall motion across magnetic and spin compensation points in magnetic garnets. // Phys. Rev. Appl. 2021. V.15. P.064024.

20. Gerasimov M.V., Logunov M.V., Nikitov S.A., Nozdrin Yu.N., Spirin A.V., Tokman I.D. Experimental observation of domain wall motion induced by laser pump-pulse. // Book of Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism (MISM). Moscow. 2017. Published by “Изд-во Физ.фак. МГУ». Moscow. P.36.

21. Kirilyuk A., Kimel A.V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order. // Rev. Mod. Phys. 2010. V.82. №3. P.2731.

22. Bigot J.V., Vomir M. Ultrafast magnetization dynamics of nanostructures. // Ann. Phys. (Berlin). 2013. V.525. №1-2. P.2.

23. Jäger J.V., Scherbakov A.V., Linnik T.I., Yakovlev D.R., Wang M., Wadley P., Holy V., Cavill S.A., Akimov A.V., Rushforth A.W., Bayer M. Picosecond inverse magnetostriction in garfenol thin films. // Appl. Phys. Lett. 2013. V.103. №3. P.032409(5).

24. Walowski J., Münzenberg M. Perspective: Ultrafast magnetism and THz spintronics. // J. Appl. Phys. 2016. V.120. №14. P.140901(16).

25. 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.

26. Белов К.П., Зайцева М.А. Редкоземельные магнитные материалы. // УФН. 1972. Т.106. №2. С.365-369.

27. Белов К.П., Звездин А.К., Кадомцева А.М., Левитин Р.З. Переходы спиновой переориентации в редкоземельных магнетиках. // УФН. 1976. Т.119. №3. С.447-486.

28. Белов К.П., Звездин А.К., Кадомцева А.М., Левитин Р.З. Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках. М.: Наука. 1979.

29. Zvezdin A.K. Field induced phase transitions in ferromagnets. // Handbook of Magnetic Materials. V.9. Elsevier Science. 1995.

30. Davydova M.D., Zvezdin K.A., Kimel A.V., Zvezdin A.K. Ultrafast spin dynamics in ferromagnets with compensation point. // J. Phys. Cond. Matt. 2020. V.32. №1. Article No. 01LT01. DOI: 10.1088/1361-648X/ab42fa.

31. Geprags S., Kehlberger A., Coletta F.D. et al. Origin of the spin Seebeck effects in compensated ferromagnets. // Nat. Commun. 2016. V.7. Article No. 10452. DOI: 10.1038/ncomms10452.

32. Gonzales J.A., Andres J.P., Anton R.L. Applied trends in magnetic rare earth / transition metal alloys and multilayers. // Sensors. 2021. V.21. №16. P.5615. DOI: 10.3390/s21165615.

33. Medapalli R., Razdolski I., Savoini M et al. The role of magnetization compensation point for efficient ultrafast control of magnetization in Gd₂₄Fe_66.5Co_9.5 alloy. // Europ. Phys. J. B. 2013. V.86. №4. Article No. 183. DOI: 10.1140/epjb/e2013-30682-6.

34. Белов К.П. Ферримагнетики со «слабой» магнитной подрешеткой. // УФН. 1996. Т.166. №6. С.660-681.

35. Clark A.E., Callen E. Neel ferromagnets in large magnetic fields. // J. Appl. Phys. 1968. V.39. №13. P.5972-5082.

36. Звездин А.К., Попков А.Ф. Магнитный резонанс в ферримагнетиках с точкой компенсации. // ФТТ. 1974. Т.16. №4. С.1082-1089.

37. Вонсовский С.В., Шур Я.С. Ферромагнетизм. М.: ОГИЗ Гостехиздат. 1948.

38. Суслов Д.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Алгоритм определения намагниченностей подрешеток двухподрешеточного ферримагнетика с точкой компенсации. Часть 1. Фазовая диаграмма. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.5.2

39. Левич В.Г. Курс теоретической физики. Т.1. М.: Наука. 1969.

40. Чертов А.Г. Единицы физических величин. М., Высшая школа, 1977.

41. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука. 1973.

42. Ветошко П.М., Бержанский В.Н., Полулях С.Н., Суслов Д.А., Маширов А.В., Шавров В.Г., Павлюк Е.И. Магнитооптическая визуализация магнитных фаз в эпитаксиальной пленке феррита-граната вблизи точки компенсации. // РЭ. 2023. Т.68. №4. С.391-395.

43. Suslov D.A., Vetoshko P.M., Mashirov A.V., Taskaev S.V., Polulyakh S.N., Berzhansky V.N., Shavrov V.G. Non-collinear phase in rare-earth iron garnet films near compensation temperature. // Crystals. 2023. V.13. №9. P.1297(11).

Для цитирования:

Суслов Д.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Алгоритм определения намагниченностей подрешеток двухподрешеточного ферримагнетика с точкой компенсации. Часть 2. Степенное приближение. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.5.3