Введение 4
Аннотация 7
Глава 1. Однородная прецессия намагниченности в ферромагнитной плёнке 8
1.1 Кристаллографическая ориентация феррит-гранатовых плёнок 8
1.2 Расчёт частоты однородной прецессии намагниченности
в феррит-гранатовых плёнках 10
1.3 Учёт отклонения оси [111] от нормали плёнки 14
1.4 Учёт отклонения оси вращения плёнки от нормали 18
Глава 2. Спиновые волны в феррит-гранатовой плёнке 22
2.1 Классификация магнитостатических волн 22
2.1.1 Прямые объёмные волны 23
2.1.2 Обратные объёмные волны 23
2.1.3 Поверхностные волны 24
2.2 Влияние одноосной и кубической анизотропии на магнитостатические волны 24
2.3 Магнитооптическое взаимодействие лазерных импульсов с плёнкой феррит-
граната 28
2.3.1 Обратный эффект Фарадея 28
2.3.2 Эффект Фарадея 29
2.3.3 Математическая модель магнитооптического возбуждения спиновых
волн 30
Глава 3. Исследование спиновой динамики в плёнке (LuBi)sFesO12 31
3.1 Расчёт магнитных параметров плёнки 31
3.2 Схема «накачка-зондирование» 32
3.3 Схема экспериментальной установки 34
3.4 Зависимость формы магнитостатических волн от направления распространения 36
3.5 Ориентационная зависимость магнитостатических волн 38
3.6 Зависимость формы магнитостатических волн от угла между магнитным полем
и плоскостью плёнки 40
3.7 Зависимость формы магнитостатических волн от мощности накачки 41
Заключение 44
Благодарности 45
Список использованной литературы 46
Купить

Спиновый транспорт - главная тема двух научно-исследовательских областей современной физики, известных как магноника [1] и спинтроника [2]. Переносчиком спина могут быть два носителя: электроны проводимости (спин-поляризованный ток) и связанные электроны (спиновые волны). Длина распространения спинового тока не ограничена сотнями нанометров в ферромагнитных материалах [3]. Спиновые волны, напротив, могут распространяться и в диэлектриках, где их длина пробега может достигать десятков сантиметров [4]. Таким образом, как ожидается, что магноника улучшит характеристики твердотельных устройств, в которых для передачи информации вместо электрического тока будут использоваться импульсы спиновых волн.
Когда можно пренебречь обменным взаимодействием, спиновые волны называют магнитодипольными или магнитостатическими волнами (МСВ). МСВ можно возбуждать микроволновым полем, излучаемым микрополосковой антенной [5,6] или спин- поляризованным током [7,8]. Интерференция [9,10] и фазовый контроль [11,12] спиновых волн наблюдались в волноводах из железо-иттриевого граната. Фазовое управление осуществлялось посредством пространственного модулирования внешнего магнитного поля [11], либо нелинейного изменения дисперсии. Однако для этих типов генерации спиновой динамики необходимо прикладывать электроды к образцу. Кроме того, пространственное распределение волнового пакета определяется формой электродов, т.е. после того, как электроды установлены и внешнее поле приложено, характеристики МСВ становятся не перестраиваемыми. Временная динамика тоже наблюдалось различными методами, например, индукционным методом [13,14], за счёт магнитооптического эффекта Керра [10, 15-18] и рассеяния Мандельштама — Бриллюэна [19, 20].
Анализ точечного возбуждения спиновых волн фемтосекундными импульсами неоднократно проводился [21, 22]. В этих работах спиновые волны возбуждались
благодаря тепловому изменению анизотропии образца. Нетепловое возбуждение более привлекательно с точки зрения генерации когерентных спиновых волн и более простого анализа.
Недавно был исследован новый метод управления намагниченностью. Этот способ основан на обратном эффекте Фарадея (ОЭФ) [23]: циркулярно-поляризованный световой импульс создаёт эффективное магнитное поле, которое индуцирует спиновую волну. ОЭФ описывается спонтанным комбинационным рассеянием света [24]. Таким образом, с помощью ОЭФ может быть достигнута сверхбыстрая магнитная динамика.
4
Более того, используя в качестве накачки световой импульс, можно контролировать динамику МСВ. Например, можно управлять направлением распространения спиновых волн, меняя форму импульса накачки [23].
Но во всех в работах, посвящённых оптическому возбуждению МСВ, не учитывался вклад кубической анизотропии и её влияние на распространение спиновых волн. Кроме того, ранее не рассматривались зависимости формы МСВ от следующих параметров: угол между плоскостью плёнки и внешним магнитным полем, относительная ориентация магнитного поля и кристаллографических осей образца.
Целью данной квалификационной работы являлась экспериментальное и теоретическое исследование магнитостатических волн, индуцированных
сфокусированными (5 мкм), периодическими (80 МГц), фемтосекундными (100фс) лазерными импульсами в эпитаксиальных плёнках феррит-граната, а именно:
1. Исследование влияния констант одноосной и кубической анизотропии на форму МСВ в плёнке феррит-граната.
2. Изучение ориентационной зависимости динамики формы МСВ в плёнке феррит-граната.
3. Исследование влияния угла выхода равновесной намагниченности из плоскости плёнки феррит-граната на частотные характеристики МСВ.
4. Получение зависимости эффективности возбуждения МСВ в плёнке феррит- граната от мощности накачки.
Для достижения данной цели решены следующие задачи:
1. Произведена калибровка экспериментальных установок.
2. Получены и проанализированы частотные зависимости МСВ, генерируемых микроволновым полем, излучаемых микрополосковой антенной.
3. Разработана методика определения магнитных констант плёнок из
экспериментальных данных.
4. Проанализированы литературные данные зависимости частоты различных типов спиновых волн от параметров плёнки, внешнего поля и направления распространения волны.
5. Получены и проанализированы зависимости формы МСВ, индуцированных лазером, от относительной ориентации кристаллографических осей образца и внешнего магнитного поля, от угла между магнитным полем и плоскостью плёнки и от направления распространения волн по отношению к магнитному полю.
6. Построена математическая модель возбуждения и распространения МСВ, описывающая экспериментальные данные. В модели учитывается размер, форма, мощность и угол падения импульсов накачки, кубическая и одноосная анизотропия, а также относительная ориентация нормали плёнки, кристаллографических осей, внешнего поля и направления распространения. Считается, что взаимодействие импульса с образцом происходит благодаря ОЭФ.
7. Разработано программное обеспечение для полученной математической модели, позволяющее моделировать МСВ.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Впервые было изучено влияние кубической анизотропии на МСВ в плёнке феррит-граната, индуцированных лазерным импульсом.
2. Впервые были проанализированы зависимости формы МСВ, возбуждаемых лазерными импульсами, от следующих параметров: угол между плоскостью плёнки и внешним магнитным полем, относительная ориентация магнитного поля и кристаллографических осей образца.
3. Впервые были экспериментально и теоретически получены поверхностные комплексные волны (волны с комплексным волновым вектором), индуцированные оптическим методом.
4. Впервые было обнаружено наличие нелинейной зависимости амплитуды прецессии намагниченности в железо-иттриевых гранатах от плотности энергии в импульсе накачки; найдены условия возбуждения МСВ с наибольшей амплитудой.
Практическая значимость работы
1. Разработаны программное обеспечение и методики моделирования МСВ.
2. Разработаны программное обеспечение и метод расчёта констант плёнок из экспериментальных данных.
Личный вклад студента в квалификационную работу заключается в разработке и применении методики обработки экспериментальных данных, в проведении исследований свойств МСВ, в получении, анализе и интерпретации результатов.
Купить