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
2025, № 4 · ELECTRODYNAMICS

Excitation of elastic vibrations in magnetostriction converter in conditions of orientational transition

V.S. Vlasov1, V.I. Shcheglov2

1 Pitirim Sorokin Syktyvkar State University, Syktyvkar, Russia
2 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.4.9 UDC 537.874 EDN SCDZRU

Abstract

The task about excitation of elastic vibrations in scheme of magnetostriction converter in conditions of orientational transition is considered. It is investigated the magnetic and elastic vibrations in fields higher and lower of orientational transition. It is shown that in the case of large thickness the elastic vibrations amplitude in the field lower than orientational transition may exceed the amplitude of same vibrations by small thickness to ten and more times. On the basis of equilibrium position precession of magnetization in the field lower than orientational transition it is constructed the vector model forming elastic displacement vibrations. For interpretation elastic displacement from constant and variable fields on the basis of vector model it id constructed the formula which describes observed dependencies in the precision about 10 %. It is shown that by plate thickness more than appointed critical value, the increasing of elastic vibrations is stopped. The amplitude sharp falls and goes to small stationary value. It is found that observed phenomenon are depended from addition orientation transition of magnetization from the direction which is determines by constant field to direction along plate flatness. It is carried out of described phenomenon with traditional excitation of elastic vibrations in similar conditions. It is shown that the plate thickness increasing to 90 times and decreasing of constant field to 2.29 times allows to increase of elastic vibrations to 354,16 times with frequency decreasing to about 106 times.

  • precession of magnetization
  • orientation transition
  • magnetoelastic interaction
Аннотация (на русском)

Возбуждение упругих колебаний в схеме магнитострикционного преобразователя в условиях ориентационного перехода

Рассмотрена задача о возбуждении упругих колебаний в схеме магнитострикционного преобразователя, рабочий элемент которого находится в условиях ориентационного перехода. Рассмотрены колебания намагниченности и упругого смещения в полях выше и ниже поля ориентационного перехода. Показано, что в случае большой толщины амплитуда упругих колебаний в поле ниже ориентационного перехода может превышать амплитуду тех же колебаний при малой толщине в десятки раз. На основании модели прецессии положения равновесия намагниченности в поле ниже ориентационного перехода построена векторная модель формирования колебаний упругого смещения. Для интерпретации зависимостей упругого смещения от постоянного и переменного полей формы кривой на основе векторной модели получена формула, описывающая наблюдаемые зависимости с точностью не хуже 10 %. Показано, что при толщине пластины, превышающей определенное критическое значение, рост амплитуды колебаний по мере увеличения толщины прекращается, амплитуда резко падает, стремясь к малому стационарному значению. Установлено, что наблюдаемые явления обусловлены дополнительным ориентационным переходом намагниченности от направления, определяемого постоянным полем, к направлению, близкому к плоскости пластины. Выполнено сравнение рассмотренных явлений с традиционным возбуждением упругих колебаний в сходных условиях. Показано, что увеличение толщины пластины в 90 раз и уменьшение постоянного поля в 2,29 раз позволяет увеличить амплитуду упругого смещения в 354,16 раз при уменьшении частоты почти в 106 раз.

For citation

Vlasov V.S., Shcheglov V.I. Excitation of elastic vibrations in magnetostriction converter in conditions of orientational transition // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.4.9

References

  1. Kikuchi E. The ultra-sound converters. M.: Mir. 1972.
  2. Голямина И.П. Магнитострикционный преобразователь. // В кн: Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Гл. ред. И.П.Голямина. М.: Советская энциклопедия. 1979. С.196-200.
  3. Голямина И.П. // Магнитострикционные излучатели из ферритов. В кн.: Физика и техника мощного ультразвука. Кн.1. Источники мощного ультразвука. М.: Наука. 1967.
  4. Ле-Кроу Р., Комсток Р. Магнитоупругие взаимодействия в ферромагнитных диэлектриках. // В кн.: У. Мэзон (ред.): Физическая акустика. Т.3Б. Динамика решетки. М.: Мир. 1968. С.156.
  5. Штраусс В. Магнитоупругие свойства иттриевого феррита-граната. // В кн.: У. Мэзон (ред.): Физическая акустика. Т.4Б. Применения физической акустики в квантовой физике и физике твердого тела. М.: Мир. 1970. С.241-316.
  6. Kirilyuk A., Kimel A.V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order. // Rev. Mod. Phys. 2010. V.82. №3. P.2731.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейное возбуждение гиперзвука в двухслойной ферритовой структуре. //Электронный "Журнал радиоэлектроники". 2013. №2. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/feb13/10/text.pdf.
  10. 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.
  11. 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.482-497.
  12. 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.
  13. 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.84-96.
  14. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в условиях ориентационного перехода. М.: Физматлит. 2018.
  15. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамика намагниченности в условиях изменения ее ориентации. М.: Физматлит. 2019.
  16. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Спиновые волны в средах с обменом и диссипацией. М.: Физматлит. 2021.
  17. Шавров В.Г., Щеглов В.И., Иванов А.П. Нелинейные колебания в задаче возбуждения гиперзвука. Сыктывкар: ООО "Коми республиканская типография". 2021.
  18. Власов В.С., Кирушев М.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Прецессия намагниченности второго порядка в магнитоупругой среде. // Электронный "Журнал радиоэлектроники", 2015, №4, http://jre.cplire.ru/jre/apr15/16/text.pdf.
  19. 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. С.54-64.
  20. 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. // Электронный "Журнал радиоэлектроники", 2018, №10. http://jre.cplire.ru/jre/oct18/1/text.pdf.
  21. 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. // Электронный "Журнал радиоэлектроники", 2018, №11. http://jre.cplire.ru/jre/nov18/2/text.pdf.