Ударное возбуждение магнитоупругой системы периодической последовательностью сверхкоротких импульсов поля

Аннотация

Рассмотрена нелинейная прецессия намагниченности в нормально намагниченной ферритовой пленке, обладающей магнитными, упругими и магнитоупругими свойствами. Возбуждающее поле представлено в виде колебания резонансной частоты, промодулированного короткими импульсами, частота следования которых значительно ниже частоты резонанса. Предложена процедура формирования периодической последовательности сверхкоротких импульсов путем возведения в четную степень синусоиды модулирующего сигнала. Отмечены два принципиально различных вида возбуждения: первый - когда длительность модулирующего импульса значительно больше периода исходного сигнала и второй - когда длительность модулирующего импульса значительно меньше периода исходного сигнала. В первом случае промодулированный сигнал имеет вид цуга колебаний основной частоты, а во втором случае промодулированный сигнал имеет вид одиночного знакопеременного импульса. Рассмотрено развитие во времени магнитных и упругих колебаний, возбуждаемых сформированным импульсным полем. Показано, что в первом случае колебания намагниченности сначала имеют резкий выброс вверх, после чего затухают по экспоненте. При этом упругие колебаний после подобного выброса сначала возрастают, а затем спадают по экспоненте. Поведение упругих колебаний интерпретировано как перекачка энергии из магнитной системы в упругую. Во втором случае начальный выброс тех и других колебаний отсутствует. Рассмотрено влияние показателя степени параметра модуляции на возбуждаемые колебания. Показано, что при увеличении показателя степени амплитуда магнитных и упругих колебаний спадает. Рассмотрен характер возбуждаемых колебаний намагниченности при различной степени магнитоупругой связи. Введен коэффициент кратности константы магнитоупругости, равный отношению рассматриваемой константы к величине константы магнитоупругости для железоиттриевого граната. Показано, что при увеличении кратности период колебаний намагниченности увеличивается. Выявлено резкое увеличение периода при определенном значении кратности, имеющее пороговый характер. Рассмотрено возбуждение колебаний намагниченности в большом интервале по времени, когда коэффициент кратности, превышает пороговое значение. Отмечено принципиальное различие двух случаев: когда длительность импульса больше периода переменного поля и когда длительность импульса меньше периода переменного поля. Показано, что в первом случае колебания намагниченности имеют характер прецессии положения равновесия в условиях ориентационного перехода. Во втором случае колебания намагниченности представляют собой периодические скачки переориентации из одного равновесного положения в другое. Отмечены некоторые особенности наблюдаемых явлений и приведены рекомендации для дальнейших исследований.

• ферромагнитный резонанс
• нелинейные колебания
• ориентационный переход

Abstract (in English)

Shock excitation of magnetoelastic system by periodic succession of ultra-short field pulses

The nonlinear magnetization precession in normal magnetized ferrite film which has magnetic, elastic and magnetoelastic properties is investigated. The excitation field is presented as a vibration on resonance frequency which is modulated by short pulses which frequency is more lower than resonance frequency. It is proposed the formation procedure of periodic succession of ultra-short pulses by the involution to even degree of modulation signal sine. It is found two different cases of excitation: first when modulate pulse duration is larger than initial signal period and second when modulate pulse duration is smaller than initial signal period. In the first case the modulated signal has the form of main frequency vibrations tandem and in the second case the modulated signal has the form of unit sign-variation pulse. It is investigated the time development of magnetic and elastic vibrations whish are firmed by excitation field. It is shown that in the first case the magnetization vibrations at first hat sharp jump to upward and after this decreases by exponent. In this case the elastic vibrations after the same jump at first increases and then decreases by exponent. The elastic vibrations behaviour is interpret as energy pump from magnetic system to elastic system. In the second case the initial jump both vibrations is absent. It is investigated the degree modulation index influence to excited vibrations. It is shown that by increasing of this index the amplitude of magnetic and elastic vibrations decreases. It is investigated the magnetization excited vibrations character by different degree of magnetoelastic connection. It is introduced the coefficient multiple of magnetoelastic constant which is equal to ratio of considered constant to value of magnetoelastic constant of yttrium iron garnet. It is shown that by increasing of multiple coefficient the magnetization vibrations period is increased. It is found the sharp increasing the period by determined value of multiple coefficient which has a threshold character. It is investigated the excitation of magnetization in large time interval when the multiple coefficient is above the threshold value. It is found the principle difference between two cases when pulse duration is large or smaller as alternating field period. It is shown that in the first case the magnetization vibrations has the character of equilibrium position precession in conditions of orientational transition. In the second case the magnetization vibrations has the form of periodic re-orientational jumps from one equilibrium position to another. It is mentioned some properties of observed phenomena and proposed some recommendations for further investigations.

Для цитирования

Литература

1. Kirilyuk A., Kimel A.V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order. // Rev. Mod. Phys. 2010. V.82. №3. P.2731.
2. 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.
3. Bigot J.V., Vomir M. Ultrafast magnetization dynamics of nanostructures. // Ann. Phys. (Berlin). 2013. V.525. №1-2. P.2.
4. 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).
5. 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).
6. Walowski J., Münzenberg M. Perspective: Ultrafast magnetism and THz spintronics. //j. Appl. Phys. 2016. V.120. №14. P.140901(16).
7. Dreher L., Weiler M., Pernpeintner M., Huebl H., Gross R., Brandt M.S., Goennenwein S.T.B. Surface acoustic wave driven ferromagnetic resonance in nickel thin films: theory and experiment. // Phys. Rev. B. 2012. V.86. №13. P.134415(13).
8. Thevenard L., Gourdon C., Prieur J.Y., Von Bardeleben H.J., Vincent S., Becerra L., Largeau L., Duquesne J.Y. Surface-acoustic-wave-driven ferromagnetic resonance in (Ga,Mn)(As,P) epilayers. // Phys. Rev. B. 2014. V.90. №9. P.094401(8).
9. Чернов А.И., Кожаев М.А., Ветошко П.М., Додонов Д.В., Прокопов А.Р., Шумилов А.Г., Шапошников А.Н., Бержанский В.Н., Звездин А.К., Белотелов В.И. Локальное зондирование магнитных пленок с помощью оптического возбуждения магнитостатических волн. // ФТТ. 2016. Т.58. №6, С.1093.
10. Власов В.С., Макаров П.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ориентационные характеристики возбуждения магнитоупругих волн фемтосекундным импульсом света. // Электронный "Журнал радиоэлектроники". 2017. №6. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jun17/5/text.pdf.
11. Власов В.С., Макаров П.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Колебания намагниченности в магнитоупругой среде при ударном воздействии упругого смещения. // Электронный "Журнал радиоэлектроники", 2018, №4, Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr18/3/text.pdf.
12. 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.
13. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука. 1973.
14. 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.
15. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Вынужденная нелинейная прецессия вектора намагниченности в условиях ориентационного перехода. // РЭ. 2011. T.56. №1. C.84-96.
16. 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. T.56. №9. C.1120-1131.
17. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в условиях ориентационного перехода. М.: Физматлит. 2018.