УДК 537.874; 537.624

ВЛИЯНИЕ МАГНИТОУПРУГОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ПРЕЦЕССИЮ ПОЛОЖЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ В НОРМАЛЬНО НАМАГНИЧЕННОЙ ФЕРРИТОВОЙ ПЛАСТИНЕ

 

В. С. Власов ¹, М. Ю. Дианов ¹, Л. Н. Котов ¹, В. Г. Шавров ², В. И. Щеглов ²

¹ Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина, 167001, Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55

² Институт радиотехники и электроники им В.А.Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Моховая, 11-7

 

Статья поступила в редакцию 25 сентября 2018 г.

                                                                                        

Аннотация. Рассмотрена вынужденная нелинейная прецессия вектора намагниченности в нормально намагниченной ферритовой пластине, обладающей магнитоупругими свойствами. Показано, что в условиях ориентационного перехода переменное поле круговой поляризации вызывает прецессию положения равновесия вектора намагниченности, причем за счет магнитоупругости свойства такой прецессии существенно изменяются. Подробно рассмотрен ориентационный переход вектора намагниченности, состоящий в изменении положения равновесия этого вектора при изменении величины постоянного поля. Показано, что магнитоупругое взаимодействие приводит к увеличению поля окончания ориентационного перехода на величину, прямо пропорциональную квадрату константы магнитоупругого взаимодействия и обратно пропорциональную намагниченности насыщения и константе упругости. Рассмотрена прецессия положения равновесия в условиях ориентационного перехода в случаях отсутствия и наличия магнитоупругого взаимодействия. Показано, что необходимым условием возбуждения такой прецессии является величина постоянного поля, меньшая значения поля окончания перехода. Период такой прецессии значительно меньше периода возбуждающего переменного поля. Выявлены три характерные области допустимого изменения поля: первая, когда поле меньше значения, соответствующего окончанию перехода в отсутствие магнитоупругости, вторая, когда поле превышает поле перехода в отсутствие поля перехода без магнитоупругости, но остается меньшим поля перехода в присутствии магнитоупругости, третья, когда поле превышает поле перехода при наличии магнитоупругого взаимодействия. Рассмотрены зависимости периода прецессии положения равновесия от постоянного поля в отсутствие магнитоупругой связи и при ее наличии. Показано, что в обоих случаях период прецессии равновесия при увеличении поля увеличивается тем быстрее, чем переход становится ближе. Вблизи перехода оба периода устремляются к бесконечности. Предложены две эмпирические формулы, описывающие полученные зависимости на основе закона обратной пропорциональности с точностью до единиц процентов. Исследованы колебания намагниченности при поле, превышающем поле перехода, то есть в режиме простой круговой прецессии. Найдены резонансные поля для случаев отсутствия и наличия магнитоупругого взаимодействия. Показано, что полученные значения полей в обоих случаях соответствуют наблюдаемым резонансным зависимостям с точностью порядка 1%.

Ключевые слова: прецессия намагниченности, магнитоупругое взаимодействие, ориентационный переход.

Abstract. It is investigated the forced nonlinear precession of magnetization vector in normal magnetized ferrite plate having magnetoelastic properties. It is shown that in condition of orientation transition the alternating field having circular polarization induces the precession of magnetization vector equilibrium position. It is shown that owing to magnetoelastic interaction the properties of precession have large changing. It is investigated the magnetization vector orientation transition which  consist of changing of equilibrium position of this vector when the steady field is changing. By the minimization of energy solidity for the case of cubic anisotropy it is found the third order equations system for the components of magnetization and elastic displacement which describes the equilibrium position of magnetization vector. By the decision of this system by Cardano-method it is shown that orientation transition begins from the orientation of magnetization in the plane of ferrite plate and finishes in whole orientation of this vector along the field direction. It is shown that the magnetoelastic interaction brings to increasing of orientation transition field on the value which is straight proportional of magnetoelastic constant value square and back proportional to saturation magnetization and elastic constant. It is found that for typical magnetic materials – yttrium-iron garnet and terbium-iron garnet the addition to transaction field is equal to value which has the same order as the transition field. It is investigated the equilibrium position precession in the cases of existence and absence of magnetoelastic interaction. It is shown that the necessary condition of this precession excitation is the field value less then end of orientation transition. It is shown that the period of this precession is more less then the alternating field period. It is shown that field is less then transition field the parametrical precession portrait of equilibrium position has the form of large circle with is filled along its line by small circles. This portrait correspond to regime of non-fading precession without center rounding. When the field is less but near the transition field there take place the regime fading precession without center rounding. When the field is more then transition field there take place the regime of simple circle precession. It is established three character regions of field variation. The first region when the field is less then end of transition field corresponding to absence of magnetoelastic interaction. The second region when the field is more then end of transition field in absence of magnetoelastic interaction and less then end of transition field corresponding to presence magnetoelastic interaction. The third region when the field is more then end of transition field corresponding to presence magnetoelastic interaction. On the basis of analysis of vibrations in-time development and precession portrait configuration by the field increasing it is found four successive character regimes of precession. Regime №1 – before-critical as in absence so in the presence of magnetoelastic interaction. Regime №2 – critical in absence of magnetoelastic interaction and before-critical in its presence. Regime №3 – above-critical in absence of magnetoelastic interaction and critical in its presence. Regime №4 – above-critical as in absence so in presence of magnetoelastic interaction. It is investigated the dependences of equilibrium position precession from the field in the case of absence of magnetoelastic interaction and in the case of its presence. It is shown that in both cases the period of equilibrium position precession is increases so quicker then the transition is nearer. Near the transition both periods long to go to infinity. It is proposed two empirical formulas which describe received dependencies on the basis of inverse proportional low in the accuracy about several percents. It is made the comparison of received dependencies with the formula which is based on the vector model. According to this model the period of precession is inverse proportional to square root from applied magnetic field. It is shown that square dependence brings slightly (about 2-3%) overstated field values. It is the reason to improvement of vector model so as to improve its co-ordination with empirical formulas. It is investigated the vibration of magnetization in the field which is more then transition field so as in the simple circle precession. It is shown that near above the transition field the vibration amplitude is increased when applied field is increased. It is shown that this increasing is depended on the resonance properties of magnetization precession in regime of simple circle precession. For the cases of magnetoelastic interaction absence and presence it is found the resonance frequencies in consideration of precession fading along the vibration process. It is shown that precession fading is the reason of increasing resonance fields corresponding to resonance frequencies. It is found the resonance fields corresponding to cases of absence and presence of magnetoelastic interaction. It is shown that received field values in both cases correspond to observed resonance dependencies in accuracy about 1%.

Key words: precession of magnetization, magnetoelastic interaction, orientation  transition.

 

Для цитирования:

В. С. Власов, М. Ю. Дианов, Л. Н. Котов, В. Г. Шавров, В. И. Щеглов. Влияние магнитоупругого взаимодействия на прецессию положения равновесия в нормально намагниченной ферритовой пластине. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 10. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/oct18/1/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2018.10.1