ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2018, № 11 · ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Влияние магнитоупругого взаимодействия на прецессию положения равновесия намагниченности в двухслойной ферритовой структуре

В.С. Власов1, М.Ю. Дианов1, Л.Н. Котов1, В.Г. Шавров2, В.И. Щеглов2

1 Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина, 167001, Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55, Россия
2 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.11.2 УДК 537.874; 537.624 EDN VPLCNM

Аннотация

Рассмотрено влияние магнитоупругого взаимодействия на прецессию положения равновесия намагниченности в нормально намагниченной двухслойной ферритовой структуре. Получены связанные уравнения движения для намагниченности и упругого смещения в обоих слоях, а также граничные условия на поверхности структуры и между слоями. На основе рассмотрения ориентационного перехода по намагниченности в магнитоупругой среде получены зависимости поля фазового перехода второго рода, соответствующего установлению вектора намагниченности вдоль направления постоянного поля. Определена добавка к полю перехода, обусловленная магнитоупругим взаимодействием в каждом слое. Выявлен ее квадратичный характер относительно величины константы магнитоупругого взаимодействия. Решена система уравнений для намагниченности и упругого смещения в интервале полей, перекрывающем поля ориентационных переходов в обоих слоях. Отмечена возможность и продемонстрировано возбуждение прецессии положения равновесия намагниченности (прецессии второго порядка) в обоих слоях, построены параметрические портреты для компонент упругого смещения в том и другом слое. На основе анализа параметрических портретов для компонент намагниченности отмечены три возможных интервала значений постоянного поля: ниже полей переходов в обоих слоях, между полями перехода в тех же слоях и выше полей перехода в обоих слоях. Выявлен мультирежимный характер возбуждаемых при этом упругих колебаний. По характеру разверток по времени и параметрических портретов отмечены пять различающихся друг от друга режимов упругих колебаний: режим №1 - правильные развернутые биения; режим №2 - перемежающиеся биения; режим №3 - правильная навязанная синусоида; режим №4 - затухающая навязанная синусоида; режим №5 - простая собственная синусоида. На плоскости «константа магнитоупругости - приложенное поле» рассмотрены области существования различных режимов. Установлено, что по мере увеличения поля, области существования режимов сменяют друг друга в порядке, определяемом приведенной выше нумерацией. Исследована трансформация биений, соответствующих режимам №1 и №2, имеющая место при изменении величины константы магнитоупругого взаимодействия при неизменной величине постоянного поля. Показано, что при малом значении константы колебания упругого смещения полностью определяются колебаниями намагниченности, обусловленными действующим переменным полем. По мере увеличения константы упругие колебания приобретают характер сначала правильных, а затем перемежающихся биений, после чего колебания опять становятся синусоидальными. Рассмотрены количественные параметры биений. Показано, что по мере увеличения константы магнитоупругого взаимодействия период биений уменьшается, максимальное и минимальное значения амплитуды упругого смещения, увеличиваются, а период возбуждаемых упругих колебаний уменьшается. Для всех упомянутых зависимостей предложены численные эмпирические формулы линейного и квадратичного характера, отражающие наблюдаемые результаты с точностью не хуже 10%. Рассмотрен вопрос о роли навязывания колебаний одного слоя другому. Отмечена недостаточность проделанного рассмотрения, состоящая в неполной симметрии линейной составляющей упругого смещения. Рассмотрен возможный вариант решения задачи для линейной составляющей смещения, учитывающий симметрию слоев относительно друг друга. Этот вариант предложен в качестве задачи для нового исследования.

  • precession of magnetization
  • magnetoelastic interaction
  • orientation transition
Abstract (in English)

It is investigated the influence of magnetoelastic interaction on magnetization equilibrium position in normal magnetized double-slides ferrite structure. It is found the connected motion equations for magnetization and elastic displacement in both slides and also boundaries conditions on the surface of structure and between the slides. On the basis of investigation of orientational transition by magnetization in magnetoelastic medium it is found the dependencies of second kind phase transition which is the establishment of magnetization vector along the constant magnetic field direction. It is found the addition to transition field which is connected with magnetoelastic interaction in both slides. It is shown that this addition has quadratic character relatively to value of magnetoelastic constant interaction. It is solved the equilibrium system for magnetization and elastic displacement in the field interval which recovers the field of orientation transitions in both cases. It is established the possibility and it is shown the excitation of equilibrium position of magnetization (the second order of precession) in both slides. It is constructed the parametric portraits for elastic displacement components in both slides. On the basis of parametric portraits analysis for magnetization components it is found three possible intervals of constant magnetic field value: lower of transition fields in both slides, between the transition fields in these slides and above the transition fields in both slides. It is found the multiregime character of excited elastic vibrations. Over the time-development and parametric portraits it is found the five different regimes: regime №1 - regular developed beatings; regime №2 - alternated beatings; regime №3 - regular forced sinus-line; regime №4 - faded forces sinus-line; regime №5 - simple own sinus-line. On the flatness “magnetoelastic constant - established field” it is investigated the regions of existence of different regimes. It is found that when field is increased the existence regions change each other on the succession which is determined by above mentioned numbering. It is investigated the conversion of beatings corresponding to regime №1 and №2 which take place when the magnetoelastic constant is varied but applies field is constant. It is shown that by small value of magnetoelastic constant the elastic vibrations are determined by magnetization vibrations which are determined by applied alternating field. It is shown that by the increasing of constant the elastic vibrations acquire the character of beatings at first regular and other alternating after this the vibrations become as sinus-line. It is investigated the quantity parameters of beatings. It is shown that by the constant increasing the period of beatings is decreased, maximum and minimum values of elastic vibrations amplitude increase and the period of excited elastic vibrations is decreased. For all above mentioned dependencies it is proposed the empirical formulas linear or quadratic character which determined the observed results in precision about 10%. It is investigated the question about the role of imposition of ones slide vibrations to other slide. It is established the insufficient of described investigation owing to incomplete symmetry linear component elastic displacement. It is described the possible variant of task for linear component displacement which takes into consideration symmetry of both slides. This variant is proposed as the task for new investigation.

Для цитирования

Власов В.С., Дианов М.Ю., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Влияние магнитоупругого взаимодействия на прецессию положения равновесия намагниченности в двухслойной ферритовой структуре // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.11.2

Литература

  1. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит. 1994.
  2. Моносов Я.А. Нелинейный ферромагнитный резонанс. М.: Наука. 1971.
  3. Temiryazev A.G., Tikhomirova M.P., Zilberman P.E. "Exchange" spin waves in nonuniform yttrium iron garnet films. // J. Appl. Phys. 1994. V.76. №12. P.5586.
  4. Зильберман П.Е., Темирязев А.Г., Тихомирова М.П. Возбуждение и распространение обменных спиновых волн в пленках железо-иттриевого граната. // ЖЭТФ. 1995. Т.108. №1. С.281.
  5. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е., Темирязев А.Г., Тихомирова М.П. Основная мода нелинейного спин-волнового резонанса в нормально намагниченных ферритовых пленках. // ФТТ. 2000. Т.42. №6. С.1062.
  6. Gerrits Th., Schneider M.L., Kos A.B., Silva T.J. Large-angle magnetization dynamics measured by time-resolved ferromagnetic resonance. // Phys.Rev.B. 2006. V.73. №9. P.094454(7).
  7. Семенцов Д.И., Шутый А.М. Нелинейная регулярная и стохастическая динамика намагниченности в тонкопленочных структурах. // УФН. 2007. Т.177. №8. С.831.
  8. Белов К.П., Звездин А.К., Кадомцева А.М., Левитин Р.З. Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках. М.: Наука. 1979.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Несимметричная вынужденная нелинейная прецессия намагниченности в условиях ориентационного перехода. // РЭ. 2011. Т.56. №6. С.719.
  12. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Несимметричное возбуждение прецессии намагниченности второго порядка в условиях ориентационного перехода. // РЭ. 2012. Т.57. №5. С.501.
  13. Власов В.С., Кирушев М.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Прецессия намагниченности второго порядка в анизотропной среде. Часть 1. Одноосная анизотропия. // РЭ. 2013. Т.58. №8. С.806.
  14. Власов В.С., Кирушев М.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Прецессия намагниченности второго порядка в анизотропной среде. II. Кубическая анизотропия. // РЭ. 2013. Т.58. №9. С.857.
  15. Власов В.С., Котов Л.Н., Щеглов В.И. Нелинейная прецессия вектора намагниченности в условиях ориентационного перехода. Сыктывкар: ИПО СыктГУ. 2013.
  16. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в условиях ориентационного перехода. М.: Физматлит. 2018.
  17. 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.
  18. Власов В.С., Кирушев М.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Прецессия намагниченности второго порядка в магнитоупругой среде. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2015. №4. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr15/16/text.pdf.
  19. Власов В.С., Кирушев М.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Стационарные режимы прецессии намагниченности второго порядка в среде с магнитоупругими свойствами. // Материалы XXIII Всероссийской конференции «Электромагнитное поле и материалы». М.: ИНФРА-М. 2015. С.217.
  20. Власов В.С., Кирушев М.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Вынужденная нелинейная прецессия намагниченности второго порядка в среде с магнитоупругими свойствами. // РЭ. 2019. Т.64. №1. В печати.
  21. Власов В.С., Дианов М.Ю., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. 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.
  22. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейное возбуждение гиперзвука в двухслойной ферритовой структуре. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2013. №2. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/feb13/10/text.pdf.
  23. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Комбинационное возбуждение гиперзвука в двухслойной ферритовой структуре. // Сборник трудов XXI Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». М.: НИУ МЭИ. 2013. С.164.
  24. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейное возбуждение гиперзвука в двухслойной ферритовой структуре при ферромагнитном резонансе. // РЭ. 2014. Т.59. №5. С.482.
  25. 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.
  26. Сушкевич А.К. Основы высшей алгебры. М., Л.: Гос. изд. техн.-теор. лит. 1941.
  27. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука. 1973.
  28. Ветошко П.М., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Роль упругой диссипации в формировании резонансных свойств прецессии намагниченности в магнитоупругой среде. // РЭ. 2017. Т.62. №4. С.364.
  29. Ветошко П.М., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Роль упругой диссипации в формировании затухания прецессии намагниченности в магнитоупругой среде. ПЖТФ. 2015. Т.41. №21. С.1.
  30. Ветошко П.М., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Влияние подложки на магнитоупругие колебания в структуре «магнитная пленка - немагнитная подложка». Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2015. №8. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/aug15/5/text.pdf.
  31. Ветошко П.М., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Влияние диссипации прецессии намагниченности на установление колебаний в схеме ротационного магнетометра. // Материалы XXIII Всероссийской конференции «Электромагнитное поле и материалы». М.: ИНФРА-М. 2015. С.173.
  32. Ветошко П.М., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Влияние подложки на возбуждение магнитоупругих колебаний в тонкой пленке феррита. // Материалы XXIII Всероссийской конференции «Электромагнитное поле и материалы». М.: ИНФРА-М. 2015. С.188.
  33. Ветошко П.М., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Формирование магнитного затухания за счет упругой диссипации в схеме ротационного магнетометра. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2014. №11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov14/1/text.pdf.
  34. Ветошко П.М., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Роль различных механизмов затухания в формировании установившегося режима прецессии намагниченности в магнитоупругой среде. // Сборник трудов XXII Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». М.: НИУ МЭИ. 2014. С.237.
  35. Туров Е.А., Шавров В.Г. Об энергетической щели для спиновых волн в ферро- и антиферромагнетиках, связанной с магнитоупругой энергией. // ФТТ. 1965. Т.7. №1. С.217.
  36. Боровик-Романов А.С., Рудашевский Е.Г. О влиянии спонтанной стрикции на антиферромагнитный резонанс в гематите. // ЖЭТФ. 1964. Т.47. №6(12). С.2095.
  37. Щеглов В.И. Зависимость скорости звука от магнитного поля в ферро- и антиферромагнетиках. // ФТТ. 1972. Т.14. №7. С.2180.
  38. Щеглов В.И. Способ плавной обратимой перестройки частоты упругого резонанса колебаний твердого тела. // Авторское свидетельство СССР № 386262, М.кл.(3) G 01 h 13/00. МКИ: С01h13/00; УДК 534.63. Приоритет от 09.12.1970. Заявка №1603337.18-10. Публикация: Оф. бюлл. «Открытия, изобретения». 1973. №26. С.141.
  39. Seavey M.H. Acoustic resonance in the easy-plane weak ferromagnets and. // Sol. St. Comm. 1972. V.10. №2. P.219.
  40. Максименков П.П., Ожогин В.И. Исследование магнитоупругого взаимодействия в гематите с помощью антиферромагнитного резонанса. // ЖЭТФ. 1973. Т.65. №2(8). С.657.