Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 7 · ELECTRODYNAMICS

Spectral properties of magnetoelastic waves in the gap structure of ferromagnetic films during their subsonic relative displacement

S.N. Maryshev1,2, A.V. Moiseev1,2, E.A. Vilkov3, L.A. Fomin4,5

1 Московский физико-технический институт (государственный университет), Dolgoprudnyi
2 Moscow Institute of physics and technology (national research University) (MIPT), Dolgoprudny, Russia
3 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
4 Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН, Russia
5 Institute of Microelectronic Technology and High Purity Materials of Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.7.8 UDC 537.871.7 EDN XTMDEA

Abstract

Theoretically we consider the influence of the relative longitudinal displacement (RLD) of ferromagnetic films of planar structure with a gap on the propagation of slot-hole magnetoelastic waves. It is found, that taking into account the thickness of ferromagnetic media leads to the displacement of the initial points of the branches of the spectrum of magnetoelastic waves. The spectrum of volume acoustic waves in films is split into two lines due to the movement of crystals. The spectrum of other acoustic modes of the film structure has no splitting and is transformed similarly to the spectrum of magnetostatic waves. It is revealed from the analysis of the obtained spectrum of slot-hole magnetoelastic waves at RLD, that both the phase and group speed of the waves and the type of wave dispersion can be changed within a wide range by changing the speed and direction of the crystals. It can lead to the appearance of an anomalous Doppler effect, which is characteristic for the artificial metamaterial. Results of researches can be a theoretical basis for the development of systems of monitoring of devices in which moving of details is the basis for functioning.

  • магнитоупругие поверхностные волны
  • щелевые структуры
  • ферромагнитная пленка
  • магнитострикция
  • относительность движения
  • дисперсия волн
  • симметричная и антисимметричная моды
  • magnetoelastic surface waves
  • slot-hole waves
  • magnetostriction
  • ferromagnetic film
  • relativity of moving
  • wave dispersion
  • symmetric and antisymmetric modes
Аннотация (на русском)

Спектральные свойства магнитоупругих волн в щелевой структуре ферромагнитных пленок при их дозвуковом относительном перемещении

Теоретически рассматривается влияние дозвукового относительного продольного перемещения (ОПП) планарной структуры двух ферромагнитных пленок с зазором на спектр щелевых магнитоупругих волн. Проведен анализ преобразования магнитоупругих волн в щелевой структуре и спектральные особенности мод в режиме малых (много меньше звуковых) скоростей относительного перемещения и при различных значениях толщин зазора и пленок. Результаты исследований могут составить теоретическую основу для разработки систем мониторинга устройств, в которых перемещение деталей с определенной скоростью положено в основу функционирования.

For citation

Maryshev S.N., Moiseev A.V., Vilkov E.A., Fomin L.A. Spectral properties of magnetoelastic waves in the gap structure of ferromagnetic films during their subsonic relative displacement // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.7.8

References

  1. Parekh J.P. Magnetoelastic surface waves in ferrits. Electron. Lett., 1969, V.5, №14, p.322-323.
  2. Филиппов Б.Н., Оноприенко Л.Г. Связанные магнитоупругие волны в ограниченной среде. ФММ, 1970, Т.ЗО, №6, с.1121-1133.
  3. Parekh J.P., Bertoni H.L. Magnetoelastic Rayleigh-type surface wave on tangentially magnetized YIG substrate. Appl. Phys. Lett., 1972, V.20, №9, p.362-364.
  4. Parekh J.P., Bertoni H.L. Magnetoelastic Rayleigh waves propagating along a tangential bias field on a YIG substrate. J. Appl. Phys., 1974, V.45, №1, p.434-445.
  5. Parekh J.P., Bertoni H.L. Magnetoelastic Rayleigh waves on a YIG substrate magnetized normal to its surface. J. Appl. Phys., 1974, V.45, №4, p.1860-1868.
  6. Emtage P.R. Nonreciprocal attenuation of magnetoelastic surface waves. Phys. Rev. B, 1976, V.13, №7, p.3063-3070.
  7. Scott R.Q., Mills D.L. The interaction of Rayleigh waves with ferromagnetic spins propagation parallel to the magnetization. Sol. St. Comm., 1976, V.18, №7, p.849-852.
  8. Scott R.Q., Mills D.L. Propagation of surface magnetoelastic waves on ferromagnetic crystal substrate. Phys. Rev. B, 1977, V.15, №7, p.3545-3557.
  9. Филиппов Б.Н., Лукомский В.П. К теории магнитоупругих волн в ферромагнитных пластинах. ФММ, 1972, Т.34, №4, с.682-690.
  10. Белубекян М. В., Мартиросян Э. В. Щелевые магнитоупругие сдвиговые волны в косом магнитном поле. // Докл. НАН Армении. 2006, Т.106, № 2, С.129-135.
  11. Ю.В. Гуляев, С.В. Тарасенко, В.Г. Шавров Спинволновая акустика антиферромагнитных структур как магнитоакустических метаматериалов. // 2011, УФН. Т.181, №6, С.595-626.
  12. Daniel D. Stancil at al. Observation of an inverse Doppler shift from left-handed dipolar spin waves // Physical review, B 74, 2006, p. 060404.
  13. Ю. А. Игнатов, А. А. Климов, С. А. Никитов. Аномальный эффект доплера при распространении магнитостатических волн в ферромагнитных пленках и в структурах феррит-диэлектрик-металл // РЭ, 2010, Т 55, № 4, С. 480-487.
  14. Reed E.J., Soljacic M. Jonnopoulos J.D. Reversed Doppler Effect in Photonic Crystals // Phys. Rev. Lett. 2003. V.91. №13. P.133901.
  15. Hu X., Hang Z., Li J., et al. Anomalous Doppler effects in phononic band gaps // Phys. Rev. E 2006. V. 73. №1. P. 015602.
  16. Гуляев Ю.В., Марышев С.Н., Шевяхов Н.С. Электрозвуковая волна в зазоре пьезоэлектрической пары с относительным продольным перемещением // Письма в ЖТФ, 2006, Т. 32, № 20, С. 18-26.
  17. Марышев С.Н., Шевяхов Н.С. Электрозвуковая волна в зазоре осцилляционно перемещающихся пьезоэлектриков. // Письма в ЖТФ, 2017, Т. 43, № 22, С. 32-39.
  18. С. Н. Марышев, А. В. Моисеев, Е. А. Вилков, Л. А. Фомин. Спектр магнитоупругих волн в щелевой структуре ферромагнитных кристаллов при их дозвуковом относительном перемещении. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov18/8/text.pdf.
  19. Вилков Е.А, Никитов С.А., Моисеев А.В. Магнитостатические волны в зазоре двух относительно перемещающихся ферромагнитных пленок. // РЭ. 2012. том 57. № 11, с. 1-7.
  20. Кайбичев И.А., Шавров В.Г. Щелевые магнитостатические волны в ферромагнетиках с противоположным направлением намагничености. // Радиотехника и Электроника, 1993, Вып.10. С.1816-1822.
  21. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е. Новые типы безобменных спиновых поверхностных волн на границе двух ферромагнетиков. // ФТТ. 1979. Т.21. №5. С. 1549-1551.
  22. Е.А. Вилков, А.В. Моисеев. Щелевые магнитостатические волны в зазоре ферромагнитных кристаллов с относительным продольным перемещением. // ЖТФ, Т. 80, № 6, 2010, С. 138-140.
  23. Damon R. W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab/// J. Phys. Chem. Sol., 1961, Vol. 19, N 3/4, P.308.
  24. Eshbach J.R., Damon R. W. Surface Magnetostatic Modes and Surface Spin Waves // Phys. Rev., 1960, Vol. 118, N 5, P.1208.
  25. Вугальтер Г.А., Гилинский И.А. Магнитостатические волны: обзор. // Изв.вузов. Радиофизика.-1989.- Т.32, № 10, С. 1187-1220.
  26. Вилков Е.А. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2003. Т.6. Вып 3. С.123-131.
  27. Голдин Б.А., Котов Л.Н., 3арембо Л.К., Карпачев С.Н. Спин- фононные взаимодействия в кpисталлах (ферритах). Л.: Наука, 1991. 148 С.
  28. Викторов И. А. Звуковые поверхностные волны в твёрдых телах. - М.: Наука, 1981. - 287 с.
  29. Филимонов Ю.А., Шеин И.В. Внутренние магнитостатические волны в структуре с двумя анизотропными ферритовыми слоями // ЖТФ. 1992. Т.62. Вып. 1. С. 187-196.