ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 12 · МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЗАДАЧАХ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Моделирование внешнего воздействия на резонансные свойства объемного антиферромагнетика α - Fe2O3 при спин-переориентационном переходе

Т.В. Богданова1,2, Д.В. Калябин1,3, А.Р. Сафин1,3,4, С.А. Никитов1,2,5

1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
2 Московский физико-технический институт, Долгопрудный
3 НИУ ВШЭ, Москва, Россия
4 Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», Москва, Россия
5 Саратовский государственный университет, Саратов, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.12.26 УДК 53.092 EDN PBQFGM

Аннотация

В данной работе представлена модель, объясняющая влияние внешнего давления на резонансную частоту объемного кристалла a-Fe2O3 во внешнем магнитном поле. Рассмотрена динамика векторов l и m до и после температуры Морина TM. Получены зависимости резонансной частоты от давления и внешнего магнитного поля для случаев H║(HA ║ z) и H┴(HA ║ z), а также получены зависимости магнитного поля от давления для нижней и верхней моды a-Fe2O3. Было обнаружено, что при приложении внешнего давления к структуре существенно увеличивается собственная частота колебаний магнитных подрешеток антиферромагнетика. Полученные результаты могут быть использованы при разработке устройств формирования и обработки сигналов в гигагерцовом и терагерцовом диапазонах частот.

  • терагерцовое излучение
  • спин-переориентационный переход
  • антиферромагнетик
  • давление
Abstract (in English)

Modeling of external influence on the resonance properties of bulk antiferromagnet α - Fe2O3 during a spin-reorientation transition

This paper presents a model that explains the influence of external pressure on the resonant frequency of a bulk crystal a-Fe2O3 in an external magnetic field. The dynamics of vectors l and m before and after the Morin temperature TM are considered. The dependences of the resonant frequency on pressure and external magnetic field for the cases H║(HA ║ z) and H┴(HA ║ z) are obtained, and the dependences of the magnetic field on pressure are obtained for the lower and upper modes. It was found that when external pressure is applied to the structure, the natural frequency of vibrations of the magnetic sublattices of the antiferromagnet increases significantly. The results obtained can be used in the development of devices for generating and processing signals in the gigahertz and terahertz frequency ranges.

Для цитирования

Богданова Т.В., Калябин Д.В., Сафин А.Р., Никитов С.А. Моделирование внешнего воздействия на резонансные свойства объемного антиферромагнетика α - Fe2O3 при спин-переориентационном переходе // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.26

Литература

  1. Kruglyak V. V., Demokritov S. O., Grundler D. Magnonics // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2010. - V. 43. - №. 26. - P. 264001.
  2. Nikitov S. A. et al. Magnonics: a new research area in spintronics and spin wave electronics // Physics-Uspekhi. - 2015. - V. 58. - №. 10. - P. 1002.
  3. Nikitov S. A. et al. Dielectric magnonics: from gigahertz to terahertz // Physics-Uspekhi. - 2020. - V. 63. - №. 10. - P. 945.
  4. Xiong D. et al. Antiferromagnetic spintronics: An overview and outlook // Fundamental Research. - 2022. - V. 2. - №. 4. - P. 522-534.
  5. Dzyaloshinsky I. A thermodynamic theory of "weak" ferromagnetism of antiferromagnetics // Journal of physics and chemistry of solids. - 1958. - V. 4. - №. 4. - P. 241-255.
  6. Moriya T. New mechanism of anisotropic superexchange interaction // Physical Review Letters. - 1960. - V. 4. - №. 5. - P. 228.
  7. Tiercelin N. et al. From non-linear magnetoacoustics and spin reorientation transition to magnetoelectric micro/nano-systems // Spintronics X. - SPIE, 2017. - V. 10357. - P. 102-110.
  8. Khymyn R., Tiberkevich V., Slavin A. Antiferromagnetic spin current rectifier // AIP Advances. - 2017. - V. 7. - №. 5.
  9. Гомонай Е. В., Локтев В. М. Спинтроника антиферромагнитных систем (Обзор) // Физика низких температур. - 2014. - №. 40,№ 1. - С. 422-47.
  10. Safin A. et al. Electrically tunable detector of THz-frequency signals based on an antiferromagnet // Applied Physics Letters. - 2020. - V. 117. - №. 22.
  11. Jia C. et al. Chiral logic computing with twisted antiferromagnetic magnon modes // npj Computational Materials. - 2021. - V. 7. - №. 1. - P. 101.
  12. Buchelnikov V. D., Dolgushin D. M., Bychkov I. V. The peculiarities of coupled electromagnetic and magnetoelastic waves in antiferromagnets // Journal of magnetism and magnetic materials. - 2006. - V. 305. - №. 2. - P. 470-474.
  13. Gareeva Z. V., Doroshenko R. A. Thickness-shear modes and magnetoelastic waves in a longitudinally magnetized ferromagnetic plate // Journal of magnetism and magnetic materials. - 2008. - V. 320. - №. 18. - P. 2249-2251.
  14. Dai T., Kalyabin D. V., Nikitov S. A. Hypersonic magnetoelastic waves in inhomogeneous structures // Ultrasonics. - 2022. - V. 121. - P. 106656.
  15. Khitun A., Bao M., Wang K. L. Magnetic cellular nonlinear network with spin wave bus // 2010 12th International Workshop on Cellular Nanoscale Networks and their Applications (CNNA 2010). - IEEE, 2010. - P. 1-5.
  16. Tiercelin N. et al. From non-linear magnetoacoustics and spin reorientation transition to magnetoelectric micro/nano-systems // Spintronics X. - SPIE, 2017. - V. 10357. - P. 102-110.
  17. Turov E. A. Kinetic, Optical, and Acoustic Properties of Antiferromagnets // Izd. Ural. Otd. Akad. Nauk, Sverdlovsk. - 1990.
  18. Özgür Ü., Alivov Y., Morkoç H. Microwave ferrites, part 1: fundamental properties // Journal of materials science: Materials in electronics. - 2009. - V. 20. - P. 789-834.
  19. Harris V. G. Modern microwave ferrites // IEEE Transactions on Magnetics. - 2011. - V. 48. - №. 3. - P. 1075-1104.
  20. Morin F. J. Electrical Properties of α Fe 2 O 3 and α Fe 2 O 3 Containing Titanium // Physical Review. - 1951. - V. 83. - №. 5. - P. 1005.
  21. Moriya T. Anisotropic superexchange interaction and weak ferromagnetism // Physical review. - 1960. - V. 120. - №. 1. - P. 91.
  22. Ellis D. S. et al. Magnetic states at the surface of α- Fe 2 O 3 thin films doped with Ti, Zn, or Sn // Physical Review B. - 2017. - V. 96. - №. 9. - P. 094426.
  23. Dikshtein I. E., Salk S. H. S. Nonlinear self-localized magnetoelastic surface waves in antiferromagnetic media // Physical Review B. - 1996. - V. 53. - №. 22. - P. 14957.
  24. Ozhogin V. I., Preobrazhenskiĭ V. L. Anharmonicity of mixed modes and giant acoustic nonlinearity of antiferromagnetics // Soviet Physics Uspekhi. - 1988. - V. 31. - №. 8. - P. 713.
  25. Andreev A. F., Marchenko V. I. Symmetry and the macroscopic dynamics of magnetic materials // Soviet Physics Uspekhi. - 1980. - V. 23. - №. 1. - P. 21.
  26. Дикштейн И. Е., Тарасенко В. В., Шавров В. Г. Влияние давления на резонансные свойства одноосных ферро-и антиферромагнетиков // ФТТ. - 1974. - Т. 16. - №. 8. - С. 2192.
  27. Maksimenkov P. P., Ozhogin V. I. Antiferromagnetic resonance investigation of the magnetoelastic interaction in hematite // Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics. - 1974. - V. 38. - P. 324.