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
2026, № 6 · ELECTRODYNAMICS

Application of dynamic potential model for interpretation of nonlinear magnetization precession in anisotropy medium

V.S. Vlasov1, A.V. Golov1, L.N. Kotov1, V.I. Shcheglov2

1 Syktyvkar State University named after P. Sorokin, Syktyvkar, Russia
2 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2026.6.3 UDC 537.874 EDN NUHTSS

Abstract

The application of dynamic potential model for interpretation of nonlinear magnetization precession in cubic anisotropy medium type [001] is investigated. The model of dynamic potential with accounting of interaction of magnetization with inner field, character of uniaxial and cubic anisotropy and demagnetization factor is proposed. It is investigated the potential surface of cubic anisotropy type [001]. It is found that this surface has maximum on the middle of plate and four symmetric disposed maxima. It is found two character sections of potential by vertical plane. The first section goes through one minimum and the second section goes through maximum between two minima. It is proposed the criterion of going magnetization from small to large circle which consist of reaching the magnetization amplitude the intersection point of first and second section lines. It is shown that free establishment of magnetization consist of two stages. On the first stage magnetization untwist by spiral, on the second stage magnetization twist inside of one of minimum. It is shown that the first stage duration is back proportional to anisotropy constant value. It is investigated the forced vibrations of magnetization by increasing of variable field. On the first stage magnetization moves by small circle. On the second stage magnetization moves by large circle. The transfer from first stage to second occurs by jump in critical value of variable field amplitude. It is proposed some recommendations for further investigations. Some recommendations for further development of the work are given.

  • precession of magnetization
  • cubic anisotropy
  • nonlinear vibrations
Аннотация (на русском)

Применение модели динамического потенциала для интерпретации нелинейной прецессии намагниченности в анизотропной среде

Рассмотрено применение модели динамического потенциала для интерпретации нелинейной прецессии намагниченности в среде с кубической анизотропией типа [001]. Предложена модель динамического потенциала с учетом взаимодействия намагниченности с внешним полем, характера одноосной и кубической анизотропии, а также размагничивания формы пластины. Выполнен анализ потенциальной поверхности кубической анизотропии типа [001], установлено, что такая поверхность имеет максимум на середине пластины и четыре симметрично расположенных минимума. Выявлены два характерных сечения потенциала вертикальной плоскостью, из которых первое сечение проходит через один из минимумов, а второе сечение проходит через максимум между двумя соседствующими минимумами. Предложен критерий перехода прецессии намагниченности от малой к большой окружности, состоящий в достижении амплитудой намагниченности точки пересечения сечений первого и второго вида. Показано, что свободное установление намагниченности происходит в два этапа. На первом этапе намагниченность раскручивается по спирали, на втором этапе намагниченность прецессирует внутри одного из локальных минимумов потенциала. Показано, что продолжительность первого этапа обратно пропорциональна величине константы анизотропии, а продолжительность второго определяется параметром релаксации намагниченности. Рассмотрены вынужденные колебания намагниченности при увеличении амплитуды переменного поля. На первом этапе намагниченность прецессирует по малой окружности. На втором этапе намагниченность прецессирует по большой окружности. Переход от первого этапа ко второму происходит скачком при критическом значении амплитуды переменного поля, которое соответствует переходу потенциала от сечения первого вида к сечению второго вида. Приведены некоторые замечания, касающиеся возможного развития работы.

For citation

Vlasov V.S., Golov A.V., Kotov L.N., Shcheglov V.I. Application of dynamic potential model for interpretation of nonlinear magnetization precession in anisotropy medium // Journal of Radio Electronics. – 2026. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.6.3

References

  1. Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. М.: Гос.Изд.физ.-мат.лит. 1960.
  2. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука. 1973.
  3. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит. 1994.
  4. Сул Г. Теория ферромагнитного резонанса при больших уровнях высокочастотной мощности. // В сб. статей: Ферриты в нелинейных сверхвысокочастотных устройствах. Пер. с англ. под ред. А.Г. Гуревича. // М.: ИЛ. 1961. С.163-205.
  5. Моносов Я.А. Нелинейный ферромагнитный резонанс. М.: Наука. 1971.
  6. Захаров В.Е., Львов В.С., Старобинец С.С. Турбулентность спиновых волн за порогом их параметрического возбуждения. // УФН. 1974. Т.114. №4. С.609-(632).
  7. Львов В.С. Нелинейные спиновые волны. М.: Наука. 1987.
  8. Wigen P.E., Doetsch H., Ming Y., Baselgia L., Waldner F. Chaos in magnetic garnet thin films. // J.Appl.Phys., 1988, v.63, №8, p.4157-4159.
  9. Каганов М.И., Пустыльник Н.Б., Шалаева Т.И. Магноны, магнитные поляритоны, магнитостатические волны. // УФН. 1997. Т.167. №2. С.191-237. https://doi.org/10.3367/UFNr.0167.199702d.0191
  10. Алексеев К.Н., Берман Г.П., Цифринович В.И., Фришман А.М. Динамический хаос в магнитных системах. // УФН. 1992. Т.162. №7. С.81-118. https://doi.org/10.3367/UFNr.0162.199207b.0081
  11. Temiryasev A.G., Tikhomirova M.P., Zilberman P.E. Exchange spin waves in nonuniform yttrium iron garnet films. // JAP. 1994. V.76. №9. P.5586-5591.
  12. Gulyaev Yu.V., Temiryasev A.G., Tikhomirova M.P., Zilberman P.E. Magnetoelastic interaction in yttrium iron garnet films inhomogeneities through the film thickness. // JAP. 1994. V.75. №10. P.5619-5624.
  13. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е., ТемирязевА.Г., Тихомирова М.П. Основная мода нелинейного спин-волнового резонанса в нормально намагниченных ферритовых пленках. // ФТТ. 2000. Т.42. №6. С.1062-1067.
  14. Alvarez L.F., Pla O., Chubykalo O. Quasiperiodicity, bistability, and chaos in the Landau-Lifshitz equation. // Phys.Rev.B, 2000, v.61, №17, p.11613-11617.
  15. Gerrits Th., Schneider M.L., Kos A.B., Silva T.J. Large-angle magnetization dynamics measured by time-resolved ferromagnetic resonance. // Phys.Rev.B, 2006, v.73, №9, p.094454(7).
  16. Шутый А.М., Семенцов Д.И. Нелинейные эффекты прецессионного движения намагниченности в области ферромагнитного резонанса. // ФТТ, 2000, т.42, № 7, с.1268-1271.
  17. Шутый А.М., Семенцов Д.И. Динамика намагниченности в условиях нелинейного ферромагнитного резонанса в пленке типа (111). // ФТТ. 2001. Т.43. №8. С.1439-1442.
  18. Шутый А.М., Семенцов Д.И. Динамика нелинейного прецессионного движения намагниченности в феррит-гранатовой пленке типа (100). // ФТТ, 2002, т.44, № 4, с.734-738.
  19. Шутый А.М., Семенцов Д.И. Нелинейные динамические режимы намагниченности в феррит-гранатовых пленках типа (100). // ЖЭТФ. 2007. Т.131. №5. С.868-877.
  20. Семенцов Д.И., Шутый А.М. Нелинейная регулярная и стохастическая динамика намагниченности в тонкопленочных структурах. // УФН. 2007. Т.177. №8. С.831-857.
  21. Шутый А.М., Семенцов Д.И. Хаотическая динамика намагниченности в монокристаллических тонкопленочных структурах. // Кристаллография. 2009. Т.54. №1. С.103-111.
  22. Шутый А.М., Семенцов Д.И. Динамика намагниченности одноосной наночастицы в области неколлинеарного ферромагнитного резонанса. // ФТТ. 2022. Т.64. №.12. С.1933-1940. https://doi.org/10.21883/FTT.2022.12.53645.448
  23. Василевская Т.М., Семенцов Д.И., Шутый А.М. Ферромагнитный резонанс в монодоменной частице с одноосной анизотропией при продольной накачке. // ФТТ. 2022. Т.64. №2. С.200-205. https://doi.org/10.21883/FTT.2022.02.51948.214
  24. Шутый А.М., Василевская Т.М., Семенцов Д.И., Елисеева С.В. Прецессионная динамика намагниченности одноосной наночастицы в области ферромагнитного резонанса. // ФТТ. 2023. Т.65. №5. С.1047-1053. https://doi.org/10.21883/FTT.2023.06.55664.56
  25. 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.
  26. Власов В.С., Котов Л.Н., Щеглов В.И. Нелинейная прецессия вектора намагниченности в условиях ориентационного перехода. Сыктывкар: ИПО:СыктГУ 2013.
  27. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ферромагнитный резонанс в условиях ориентационного перехода. М.: Физматлит. 2018.
  28. 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.
  29. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамика намагниченности в условиях изменения ее ориентации. М.: Физматлит. 2019.
  30. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Магнитостатические волны в неоднородных полях. М.: Физматлит. 2016.
  31. Иванов А.П., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Анализ автомодуляционных явлений в системе связанных магнитного и упругого осцилляторов на основе модели потенциала. // Журнал радиоэлектроники. - 2015. - № 6. http://jre.cplire.ru/jre/jun15/9/text.pdf
  32. Иванов А.П., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нестационарное запаздывание возбуждения магнитоупругих колебаний в режиме умножения частоты. Часть 1. Динамический потенциал. // Электронный "Журнал радиоэлектроники". 2017. №7. http://jre.cplire.ru/jre/jul17/6/text.pdf
  33. Иванов А.П., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамический хаос в системе из двух связанных осцилляторов. М.: Физматлит. 2025.