Диссертация (1145326), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В тонких пленках энергия этих длинноволновых возбуждений меньше энергетического интервала между модами, в силу чего трехмагнонные процессы запрещены ичетырехмагнонные процессы являются доминирующими. Как результат этого, обменноевзаимодействие вносит главный вклад в затухание. Найдено, что коэффициент затухания спиновых волн, распространяющихся в магнитном монослое, квадратично зависит оттемпературы и имеет незначительную величину при малых волновых векторах.Наноразмерные магнитные пленки представляют значительный интерес благодаря ихперспективным применениям в спинволновых приборах.
В настоящее время наиболее важные приборы на спиновых волнах – фильтры СВЧ диапазона, линии задержки, шумоподавители, оптические процессоры реализованы на основе магнитных пленок микроннойтолщины [67–69]. Нанометровые пленки дают нам возможность конструировать спинволновые приборы малых размеров и приборы, обладающие новыми функциональными свойствами.
В [70] описаны полоснопропускающие спинволновые фильтры, работающие в диапазоне 5 − 7 GHz. Фильтры созданы на базе пленок YIG субмикронной толщины, которыеполучены лазерным распылением на подложки Gd3 Ga5 O12 (Рис. 1.1).Недавно были предложены новые применения спиновых волн – спинволновые логические элементы [71,72], спинволновые фильтры, использующие модулированные по шириневолноводы [73], и преобразователи электрических сигналов на основе спинового эффектаХолла и конверсии спиновых волн, распространяющихся в гранатовой пленке Y3 Fe5 O12(YIG) [74].
Спинволновые логические элементы реализованы на базе интерферометраМаха-Цандера (Рис. 1.2) [73, 75, 76] и могут быть также созданы на основе магнонныхкристаллов [72]. Используя нанометровые магнитные пленки, мы можем конструироватьмассивы логических элементов малых размеров.В разделе 3.7 приведены конструкции приборов на основе наноразмерных магнитныхпленок. Малое затухание спиновых волн позволяет создавать перестраиваемые высокодобротные спинволновые фильтры СВЧ диапазона. Возбуждение спинволновых резонансовв магнитной пленке, расположенной под затвором полевого транзистора (FET-структура)дает возможность конструировать приборы, обладающие функцией фильтрации и усиления в Гигагерцевом и Терагерцевом диапазонах.
Результаты, полученные в главе 3, будутприменены в последующих главах.20Рис. 1.1: (a) Схематическая структура фильтра на поверхностных спиновых волнах, (b)антенная структура, (c) фотография пленки YIG толщиной 220 nm с антенной структурой[70].1.3Литературный обзор главы 4. Спинволновые возбуждения в структурах с ферромагнитными наночастицами1.3.1Спинволновые возбуждения ферромагнитных наночастиц испин-поляризационный механизм релаксацииВ 4 главе будут рассмотрены спинволновые возбуждения в структурах с ферромагнитными наночастицами.
В разделе 4.2 будут рассмотрены спинволновые возбужденияферромагнитных наночастиц и спин-поляризационный механизм релаксации в гранулированных структурах, содержащих металлические ферромагнитные наночастицы (гранулы)в изолирующей аморфной матрице [121]. Будут получены уравнения, описывающие спинволновые возбуждения одиночной гранулы. При этом необходимо отметить, что гранулированные структуры обладают аномально большой шириной линий ∆H ФМР и фундаментальный вопрос магнитной релаксации в гранулированных структурах в полной мерене решен.Первыми работами, в которых отмечалось значительное уширение ∆H ФМР в гранулированных структурах по сравнению с объемными монокристаллическими образцами,были работы D.M.S.
Bagguley [122, 123]. Коллоидные структуры, содержащие частицы Fe,21Рис. 1.2: XNOR логический элемент на основе спинволнового интерферометра МахаЦандера [75].22Рис. 1.3: Ширина кривой ФМР гранулированной пленки SiO2 с наночастицами Fe какфункция концентрации железа при 9.4 GHz и 35.4 GHz [92].Co или Ni в парафине изучались методом ФМР на длинах волн 3.14 cm и 1.20 cm, соответственно, в магнитных полях 3 kOe и 8 kOe.
Размер частиц составлял 5 – 10 nm. Ширинылиний ∆H ФМР практически не зависели от температуры и частоты и при разных способах приготовления ферромагнитного порошка составляли: 500 Oe (Ni), 450 – 3000 Oe (Co),350 – 1100 Oe (Fe). После учета анизотропии, случайной ориентированности ансамбля частиц, спин-спиновой релаксации оставалась достаточно большая добавка в ∆H, которая немогла быть объяснена. Сравнительный анализ с монокристаллическими образцами показывает, что в монокристаллах ширины линий ФМР для тех же частот имеют значительноменьшие значения: 110 Oe (Co) и 32 Oe (Fe) [124].Исследования ФМР гранулированных пленок также демонстрируют резкое увеличение∆H с уменьшением концентрации ферромагнитных наночастиц (Рис. 1.3) [91, 92, 94, 125].Для структур Fe-SiO2 с концентрацией Fe равной 0.4 величина ∆H ∝ 800 Oe на частотах9.4 GHz и 35.4 GHz [92].
В то же время, ширина линии ФМР в напыленных пленках чистогоFe (100) с теми же толщинами (16 – 24 nm) на частоте 9.5 GHz составляет приблизительно20 Oe [126]. Увеличение ∆H в [92] объяснялось анизотропией формы – с уменьшениемконцентрации гранулы приобретают более вытянутую эллипсоидальную форму.Магнитная релаксация в гранулированных пленках исследовалась также методом спинволновой спектроскопии на структурах Y3 Fe5 O12 (YIG) / (изучаемая гранулированнаяпленка) при температурах 77 – 393 K на частотах 2.1 – 4.0 GHz [127–129].
По изменениямхарактеристик бегущей спиновой волны в пленке YIG определялся характер релаксацииспиновых возбуждений гранулированных структур аморфного гидрогенизированного уг-23лерода a-C:H с наночастицами кобальта и аморфного SiO2 с наночастицами Co86 Nb12 Ta2 .В структурах a-C:H(Co), имеющих малую разность ∆ между уровнем Ферми металлической частицы и краем подвижности зоны проводимости матрицы по сравнению с kT ,наблюдались большие величины магнитной релаксации и сильная зависимость от температуры.
Для структур с матрицей SiO2 с энергией ∆ À kT коэффициент релаксациитакже имел большие значения, но практически не зависел от температуры.Целью настоящего раздела является теоретическое рассмотрение спиновых возбуждений и релаксации в гранулированных структурах, содержащих металлические ферромагнитные наночастицы в изолирующей аморфной матрице. Исследование проведено врамках s − d-обменной модели в однокольцевом приближении по s − d-обменному взаимодействию для диаграммного разложения спиновой функции Грина [121]. d-системойявляются спины гранулы.
В качестве s-системы рассматривается совокупность локализованных электронов аморфной матрицы. Найдено, что спектр спиновых возбуждений состоит из спинволновых возбуждений гранул и спин-поляризационных возбуждений. Приспин-поляризационных возбуждениях изменение направления спина гранулы сопровождается переходом электрона между двумя подуровнями расщепленного локализованногосостояния в матрице.
Спин-поляризационная релаксация, т.е. релаксация спинов гранулы, осуществляемая через спин-поляризационные возбуждения, зависит от плотности локализованных состояний в полосе 2kT вблизи уровня Ферми. Оценки плотности состояний, полученные из температурных зависимостей проводимости гранулированных структур [130], показывают, что спин-поляризационная релаксация является весьма эффективной и ее вклад в затухание спинов гранулы может значительно превышать вкладыспин-спиновой, спин-решеточной релаксации и релаксации, обусловленной взаимодействием спинов и электронов гранулы [42]. Спин-поляризационная релаксация позволяет объяснить значительные увеличения затухания, наблюдавшиеся в [91, 92, 122, 123, 127–129].Процесс спин-поляризационной релаксации является разрешенным в широкой полосе частот.
Оценки для структур с гранулами кобальта показывают, что ширина диапазона,где должна наблюдаться спин-поляризационная релаксация, покрывает сантиметровые,миллиметровые и субмиллиметровые диапазоны длин волн. Таким образом, на базе гранулированных структур возможно создание эффективных широкополосных радиопоглощающих покрытий.1.3.2Длинноволновые возбуждения в структурах со случайнойспиновой ориентациейВ разделе 4.3 будут рассмотрены коллективные возбуждения ферромагнитных наночастиц в нанокомпозитах и исследованы особенности длинноволновых возбуждений вструктурах со случайной спиновой ориентацией. К классу систем со случайной спино24вой ориентацией можно отнести: (1) нанокомпозиты, состоящие из магнитных наночастицв изолирующей матрице, (2) аморфные магнитные материалы и (3) поликристаллические ферриты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
