Parametric excitation of non-stationary magnetoelastic vibrations in the scheme of magnetostriction converter

Abstract

The parametric excitation of non-stationary magnetoelastic vibrations in magnetostriction converter by action of light from femto-second laser is investigated. The scheme of sine modulation of saturation magnetization is investigated. It is found two regimes: sign-constant and sign-varied. It is shown that by sign-varied modulation it is organized sharp pronounced non-stationary delay splash of amplitude magnetic and elastic vibrations. It is shown that in mechanism of splash formation the mast role plays magnetoelastic interaction. It is investigated the splash amplitude dependences from magnetoelastic constant, parameters magnetic and elastic relaxation, constant field value and thickness of magnetoelastic plate. It is investigated the splash structure by variation of step in time. It is shown that the step variation causes to changing of splash position in time and its amplitude so as splash has fractal character. It is proposed some recommendations for work development.

• magnetoelastic interaction
• parametric excitation
• nonstationary vibrations

Аннотация (на русском)

Параметрическое возбуждение нестационарных магнитоупругих колебаний в схеме магнитострикционного преобразователя

Работа посвящена рассмотрению параметрического возбуждения нестационарных магнитоупругих колебаний в схеме магнитострикционного преобразователя при воздействии света от фемтосекундного лазера. Рассмотрена синусоидальная модуляция намагниченности насыщения. Выделены два режима - знакопостоянный и знакопеременный. Показано, что при знакопеременной модуляции возникает резко выраженный нестационарный запаздывающий всплеск амплитуды магнитных и упругих колебаний. Показано, что в механизме формирования всплеска решающую роль играет магнитоупругое взаимодействие. Исследованы зависимости амплитуды всплеска от константы магнитоупругого взаимодействия, от параметров магнитной и упругой релаксации, от величины постоянного поля и толщины магнитоупругой пластины. Исследована структура всплеска при изменении величины шага по времени. Показано, что изменение шага приводит к изменению положения всплеска по времени и его амплитуды, что говорит о фрактальном характере всплеска. Приведены некоторые рекомендации для дальнейшего развития работы.

For citation

References

1. Kirilyuk A., Kimel A.V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order. // Rev. Mod. Phys. 2010. V.82. №3. P.2731-2784.
2. Bigot J.V., Vomir M. Ultrafast magnetization dynamics of nanostructures. // Ann. Phys. (Berlin). 2013. V.525. №1-2. P.2-30.
3. 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.
4. Every A.G. Measurement of the near-surface elastic properties of solids and thin supported films. // Meas. Sci. Technol. (Measurement Science and Technology). 2002. V.13. P.R21-R39.
5. Ka Shen, Bauer G.E.W. Laser-induced spatiotemporal dynamics of magnetic films. // Phys. Rev. Lett. 2015. V.115. №19. P.197201(5).
6. Jäger J.V., et al. Picosecond inverse magnetostriction in galfenol thin films. // Appl. Phys. Lett. 2013. V.103. №3. P.032409(5).
7. Jäger J.V., et al. Resonant driving of magnetization precession in a ferromagnetic layer by coherent monochromatic phonons. // Phys. Rev. B. 2015. V.92. №2. P.020404(5).
8. Dreher L., et al. Surface acoustic wave driven ferromagnetic resonance in nickel thin films: theory and experiment. // Phys. Rev. B. 2012. V.86. №13. P.134415(13).
9. Thevenard L., et al. Surface-acoustic-wave-driven ferromagnetic resonance in (Ga,Mn)(As,P) epilayers. // Phys. Rev. B. 2014. V.90. №9. P.094401(8).
10. Janusonis J., et al. Ultrafast magnetoelastic probing of surface acoustic transients. // Phys. Rev. B. 2016. V.94. №2. P.024415(7).
11. Janusonis J., et al. Transient grating spectroscopy in magnetic thin films: simultaneous detection of elastic and magnetic dynamics. // Scientific reports. 2016. 6:29143. P.1-10.
12. Chang C.L., et al. Parametric frequency mixing in a magnetoelastically driven linear ferromagnetic oscillator. // Phys. Rev. B. 2017. V.95. №6. P.060409(5).
13. Lomonosov A.M., et al. Magneto-elastic symmetry breaking with surface acoustic waves. // Proceedings of "The 7th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics" (META-16 Malaga-Spain). ISSN 2429-1390. metaconferences.org. P.1-2.
14. Власов В.С., Макаров П.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ориентационные характеристики возбуждения магнитоупругих волн фемтосекундным импульсом света. // Журнал радиоэлектроники. - 2017. - №. 6.
15. Власов В.С., Макаров П.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Колебания намагниченности в магнитоупругой среде при ударном воздействии упругого смещения. // Журнал радиоэлектроники. - 2018. - №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.4.3
16. Beaurepaire E., Merle J.C., Daunois A., Bigot J.Y. Ultrafast spin dynamics in ferromagnetic nickel. // Phys. Rev. Lett. 1996. V.76. №22. P.4250-4253.
17. Koopmans B., et al. The paradoxical diversity of ultrafast laser-induced demagnetization reconciled. // Nature Materials. Supplementary Information. 2009. P.1-4.
18. Koopmans B., et al. Explaining the paradoxical diversity of ultrafast laser-induced demagnetization. // Nature Materials. 2010. V.9. №3. P.259-265. Published online: Nature Materials. Articles. 2009. P.259-265.
19. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Электромагнитное излучение при ударном изменении намагниченности под действием фемтосекундного импульса света. // ПЖТФ. 2021. Т.47. №11. С.3-5.
20. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Излучение электромагнитной волны из магнитной пленки при воздействии фемтосекундного импульса света. // Журнал радиоэлектроники. - 2020. - №. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.6.14
21. 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.
22. 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.863-874.
23. Иванов А.П., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нестационарное запаздывание развития колебаний магнитострикционного преобразователя в условиях умножения частоты возбуждения. // РЭ. 2023. Т.68. №5. С.445-453.