Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Спектр спиновых и упругих волн в периодических мультислойных структурах

Диссертация: Спектр спиновых и упругих волн в периодических мультислойных структурах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Основные результаты данного диссертационного исследования опубликованы в работах, были доложены и опубликованы в трудах конференций: Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism» (Krasnoyarsk, 2004), Одиннадцатая Всероссийская Научная Конференция Студентов-Физиков и молодых ученых «ВНКСФ-И» (Екатеринбург, 2005), Moscow International Symposium on Magnetism (Moscow, 2005), International Symposium… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Спектр волн в мультислойной структуре. Обзор
    • 1. 1. Волны в мультислойной структуре с произвольной толщиной границы между слоями
    • 1. 2. Магнитоупругие волны в мультислойной структуре. И
    • 1. 3. Постановка задачи
  • Глава 2. Спектр волн в мультислойной структуре с произвольной толщиной границы между слоями
    • 2. 1. Введение: модель и методы
    • 2. 2. Распространение волн
    • 2. 3. Закон дисперсии волн
    • 2. 4. Выводы
  • Глава 3. Магнитоупругое основное состояние в мультислойной структуре ферромагнетик — немагнитный диэлектрик
    • 3. 1. Модель
    • 3. 2. Основное состояние
    • 3. 3. Выводы
  • Глава 4. Спектр магнитоупругих волн в мультислойной струк
    • 4. 1. Введение
    • 4. 2. Магнитоупругие волны в мультислойной структуре ферромагнетик — немагнитный диэлектрик
    • 4. 3. Магнитоупругие волны в мультислойной структуре ферромагнетик — ферромагнетик
      • 4. 3. 1. Общий случай
      • 4. 3. 2. Закон дисперсии в приближении длинных волн
      • 4. 3. 3. Закон дисперсии в мультислойной структуре ферромагнетик — немагнитный диэлектрик без учета магнитоупругого основного состояния
      • 4. 3. 4. Закон дисперсии в отсутствии магнитоупругой связи
      • 4. 3. 5. Эффективный перенос магнитных возбуждений через немагнитные слои
    • 4. 4. Выводы

Спектр спиновых и упругих волн в периодических мультислойных структурах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В последние десятилетия как теоретически, так и экспериментально активно исследуются композиционные материалы — многофазные материалы, состоящие из двух или более компонентов. Повышенный интерес к изучению таких материалов объясняется, например, возможностью объединения полезных свойств отдельных компонент и возможностью получения новых свойств, не характерных для тех же компонент, что, в свою очередь, приводит к широкому применению композиционных материалов в уже известных высокотехнологичных устройствах, а также созданию новых устройств на их основе, появляется возможность миниатюризации самих устройств.

Одним из видов композиционных материалов являются сверхрешетки — искусственно созданные структуры, в которых периодически изменяется какой-либо материальный параметр (диэлектрическая проницаемость для электромагнитных волн, плотность вещества для упругих волн и т. д.), а период модуляции такого параметра намного больше периода кристаллической структуры вещества. Так как взаимодействие распространяющихся в сверхрешетках волн с периодической структурой, приводит к тому, что спектр этих волн приобретает зонную структуру, аналогичную спектру волн в кристаллах, то сверхрешетки часто называют кристаллами (фотонными, магнонны-ми, фононными кристаллами и т. д. — в зависимости от физической природы периодически неоднородного параметра). Одним из главных свойств таких структур является наличие запрещенной зоны (щели) в спектре, внутри которой распространение волн запрещено, при этом появляется возможность эффективно управлять положением и величиной этой щели с помощью материальных и геометрических характеристик сверхрешетки.

Наиболее простым случаем сверхрешетки, как с теоретической, так и с экспериментальной точки зрения, является периодическая мультислойная структура. В идеальном случае, это структура, составленная из периодически повторяющихся слоев различных материалов с бесконечно тонкой границей между слоями, спектр волн в которой хорошо изучен. В реальности, имеется переходной слой между слоями, обусловленный технологией напыления, последующей после изготовления диффузией на границе между слоями и т. д. В связи с развитием технологии изготовления мультислойных структур возникает потребность в изучении влияния переходного слоя в таких структурах на характеристики изготовленных материалов, в том числе, становятся актуальными исследования волнового спектра мультислойных структур с размытыми межслойными границами.

В последнее время растет количество работ, связанных с исследованием все более и более сложных явлений как в однородной среде, так и в сверхрешетках. К таким явлениям относится, в частности, магнитоупругое взаимодействие — взаимное влияние намагниченности и упругих деформаций среды (связь спиновой подсистемы кристалла с кристаллической решеткой). Однако, к настоящему времени недостаточно развита теория объемных маг-нитоупругих волн в мультислойных структурах, намагниченных перпендикулярно плоскости слоев. Между тем, именно эта ситуация соответствует условиям спин-волнового резонанса в тонких магнитных пленках и связанной с этим возможностью возбуждения спиновых и упругих волн СВЧ-магнитным полем в линейном режиме. Поэтому является актуальным развитие теории спектра объемных магнитоупругих волн для такой ситуации.

Следует отметить, что для теоретического описания в данном исследовании выбраны одномерные мультислойные структуры, так как одномерная задача всегда служит отправной точкой ввиду своей простоты с математической точки зрения. Более того, результаты, полученные в ходе исследования одномерной модели, могут оказаться весьма полезными для качественного понимания процессов, происходящих в средах сложной структуры.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 106 страницах, включая 14 рисунков и списка литературы из 84 наименований.

Основные результаты данного диссертационного исследования опубликованы в работах [61,68,69,72,78,79], были доложены и опубликованы в трудах конференций: Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism» (Krasnoyarsk, 2004) [80], Одиннадцатая Всероссийская Научная Конференция Студентов-Физиков и молодых ученых «ВНКСФ-И» (Екатеринбург, 2005) [81], Moscow International Symposium on Magnetism (Moscow, 2005) [82], International Symposium «Spin Waves 2007» (St. Petersburg, 2007) [83], Euro-Asian Symposium «Magnetism on a Nanoscale» (Kazan, 2007) [84], а также доложены на конференции молодых ученых КНЦ СО РАН (Красноярск, 2007) и научных семинарах Института физики им. J1.B. Киренского СО РАН.

В заключении автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Вальтеру Алексеевичу Игнатченко за неоценимую помощь во всем процессе обучения в аспирантуре.

Автор благодарен сотрудникам лаборатории теоретической физики и участникам теоретических семинаров Института физики им. JI.B. Киренского СО РАН за полезные дискуссии при обсуждении работ, послуживших основной данной диссертации.

Отдельные этапы работы выполнялись при поддержке РФФИ (грант N. 04−02−16 174), фонда некоммерческих программ «Династия». ККФН (гранты N. 12F0013C, 15G110, 16G073), а также Президента Российской Федерации (грант по программе «Государственная поддержка научных исследований, проводимых ведущими научными школами Российской Федерации», 6612.2006.3), ФЦНТП (гос. контракт N. 02.513.11.3259).

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Л., Пароди М. Распространение волн в периодических структурах. — М.: ИЛ, 1959. — 457 с.
  2. Л.М. Во лны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. — 343 с.
  3. В.А. Дифракционная оптика периодических сред сложной структуры. М.: Наука, 1988. — 256 с.
  4. Ф.Г., Булгаков А. А., Тетервов А. П. Высокочастотные свойства полупроводников со сверхрешетками. М.: Наука, 1989. — 286 с.
  5. М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. — 855 с.
  6. Ш. Волны в активных и пассивных периодических структурах// ТИИЭР. 1976. — Т. 64, Вып. 12. — С. 22−57.
  7. С.Ю., Столяров С. Н. Распространение и преобразование волн в средах с одномерной периодичностью// УФН. 1993. — Т. 163, Вып. 1. — С. 63−89.
  8. Yeh P., Yariv A., and Hong C.-S. Electromagnetic propagation in periodic stratified media. I. General theory// J. Opt. Soc. Am. 1977. — V. 67, N. 4. — P. 423−437.
  9. Yariv A., Yeh P. Electromagnetic propagation in periodic stratified media. II. Birefringence, phase matching, and x-ray lasers// J. Opt. Soc. Am. -1977. V. 67, N. 4. — P. 438−447.
  10. Н.Г. Электромагнитные колебания в периодической структуре металл диэлектрик// ЖЭТФ. — 1993. — Т. 103, Вып. 6. — С. 2154−2161.
  11. Elmzughi F.G., Constantinou N.C., and Tilley D.R. Theory of electromagnetic modes of a magnetic superlattice in a transverse magnetic field: An effective-medium approach// Phys. Rev. B. 1995. — V. 51, N. 17. — P. 11 515−11 520.
  12. Erdos P., Liviotti E., Herndon R.C. Wave transmission through lattices, superlattices and layered media// J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. — V. 30, N. 3. — P. 338−345.
  13. И.О., Ветров С. Я., Шабанов А. В. Электромагнитные волны в неограниченных и конечных сверхрешетках// Оптика и спектроскопия. 1998. — Т. 84, Вып. 5. — С. 823−828.
  14. В.Г., Шульга Н. А. Фазовые и групповые скорости поверхностной волны Лява в слоистой среде// Акуст. журн. 1975. — Т. 21, Вып. 2. -С. 260−263.
  15. В.Г., Шульга Н. А. Волны Рэлея в изотропной регулярной слоистой среде// Акуст. журн. 1975. — Т. 21, Вып. 3. — С. 448−451.
  16. Djafari-Rouhani В., Dobrzynski L., Duparc О.Н., Camley R.E., Maradudin A.A. Sagittal elastic waves in infinite and semi-infinite superlattices// Phys. Rev. B. 1983. — V. 28, N. 4. — P. 1711−1720.
  17. Djafari-Rouhani В., Maradudin A.A., Wallis R.F. Rayleigh waves on a superlattice stratified normal to the surface// Phys. Rev. B. 1984. — V. 29, N. 12. — P. 6454−6462.
  18. Mendialdua J., Szwacka Т., Rodriguez A., Dobrzynski L. Surface transverse elastic waves in N-layer superlattices// Phys. Rev. B. 1989. — V. -39, N. 15. — P. 10 674−10 681.
  19. С.Я., Шабанов В. Ф. Сдвиговые поверхностные акустические волны на границе слоистой среды с вязкой средой// Письма в ЖТФ. -1991. Т. 17, Вып. 5. — С. 34−38.
  20. Grtinberg P., Mika К. Magnetostatic spin-wave modes of a ferromagnetic multilayer// Phys. Rev. B. 1983. — V. 27, N. 5. — P. 2955−2963.
  21. Camley R.E., Rahman T.S., Mills D.L. Magnetic excitations in layered media: Spin waves and the light-scattering spectrum// Phys. Rev. B. -1983. V. 27, N. 1. — P. 261−277.
  22. Vayhinger K., Kronmuller H. Propagating spin waves in ferromagnetic multilayers// JMMM. 1986. — V. 62, N. 2−3. — P. 159−168.
  23. Ю.В., Каганов М. И. Зонный магнитодипольный спектр ферромагнитной сверхрешетки// Письма в ЖЭТФ. 1988. — Т. 47, Вып. И. — С. 588−591.
  24. Hillebrands В. Spin-wave calculations for multilayered structures// Phys. Rev. B. 1990. — V. 41, N. 1. — P. 530−540.
  25. Camley R.E., Stamps R.L. Magnetic multilayers: spin configurations, excitations and giant magnetoresistance// J. Phvs.: Condens. Matter. -1993. V. 5, N. 23. — P. 3727−3786.
  26. Ю.И., Кучко А. Н., Решетняк С. А. Отражение спиновых волн в мультислойных материалах с модулированными магнитными параметрами// ФТТ. 1996. — Т. 38, Вып. 2. — С. 575Ц580.
  27. В.В., Кучко А. Н. Влияние модуляции магнитной вязкости на затухание спиновых волн в мультислойных магнитных системах// ФММ. 2001. — Т. 92, Вып. 3. — С. 3−6.
  28. Cochran J.F. Brillouin light scattering from periodic multilayers composed of very thin magnetic films// Phys. Rev. B. 2001. — V. 64, N. 13. — P. 134 406−1-134 406−13.
  29. Krawczyk M., Levy J.-C., Mercier D., Puszkarski H. Forbidden frequency gaps in magnonic spectra of ferromagnetic layered composites// Phys. Lett. A. 2001. -V. 282, N. 3. — P. 186−194.
  30. Kruglyak V.V., Kuchko A.N. Spectrum of spin waves propagating in a periodic magnetic structure// Physica B. 2003. — V. 339, N. 2−3. — P. 130−133.
  31. В.В., Кучко А. Н., Финохин В. И. Спектр спиновых волн в идеальном мультислойном магнетике при модуляции всех параметров уравнения Ландау-Лифшица// ФТТ. 2004. — Т. 46, Вып. 4. — С. 842−845.
  32. Tamir Т., Wang Н.С., Oliner A.A. Wave Propagation in Sinusoidally Stratified Dielectric Media// IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 1964. — V. 12, N. 3. — P. 323−335.
  33. Yeh C., Casey K.F., Kaprielian Z.A. Transverse Magnetic Wave Propagation in Sinusoidally Stratified Dielectric Media// IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 1965. — V. 13, N. 3. — P. 297−302.
  34. Ю.И., Зюбанов А. Е., Кучко А. Н., Шеджури К. Д. Спектр спиновых волн в магнетиках с периодически модулированной анизотропией// ФТТ. 1992. — Т. 34, Вып. 5. — С. 1486−1490.
  35. Ignatchenko V.A., Mankov Yu.I., Maradudin A.A. Wave spectrum of multilayers with finite thicknesses of interfaces// Phys. Rev. B. 2000. — V. 62, N. 3. — P. 2181−2184.
  36. A.H., Ткаченко B.C. Влияние структуры межслойных границ на спектр спиновых волн в магнонном кристалле// Металлофизика и новейшие технологии. 2005. — Т. 27, Вып. 9. — С. 1157−1167.
  37. Tkachenko V.S., Kruglyak V.V., Kuchko A.N. Spin waves in a magnonic crystal with sine-like interfaces// JMMM. 2006. — V. 307, N. 1. — P. 48−52.
  38. E.A., Ирхин Ю. П. О спектре колебаний ферромагнитной упругой среды// ФММ. 1956. — Т. 3, Вып. 1. — С. 15−17.
  39. А.И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Связанные магнитоупругие волны в ферромагнетиках и ферроакустический резонанс// ЖЭТФ. 1958. — Т. 35, Вып. 7. — С. 228−239.
  40. Kittel С. Interaction of spin waves and ultrasonic waves in ferromagnetic crystals// Phys. Rev. 1958. — V. 110, N. 4. — P. 836−841.
  41. А.И., Барьяхтар В. Г., Каганов М. И. Спиновые волны в ферромагнетиках и антиферромагнетиках I// УФН. 1960. — Т. 71, Вып. 4. -С. 533−579.
  42. А.И., Барьяхтар В. Г., Каганов М. И. Спиновые волны в ферромагнетиках и антиферромагнетиках II// УФН. 1960. — Т. 72, Вып. 1. — С. 3−32.
  43. Ахиезер А. И, Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. -М.: Наука, 1967. 368 с.
  44. Ле Кроу Р., Комсток Р. Магнитоупругие взаимодействия в ферромагнитных диэлектриках// Физическая акустика. Под ред. Мэзона У. М. -М.: Мир, 1968. Т. 3, Часть Б. — Гл. 4. — С. 156−243.
  45. В. Магнитоупругие свойства иттриевого феррита-граната// Физическая акустика. Под ред. Мэзона У. М. М.: Мир, 1970. — Т. 4, Часть Б. — Гл. 5. — С. 247−316.
  46. Леманов В/В. Магнитоупругие взаимодействия// Физика магнитных диэлектриков. Под ред. Смоленского Г. А. Л.: Наука, 1974. — Гл. 4. — С. 284−355.
  47. А.Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Физ-матлит, 1994. — 464 с.
  48. Гуляев К).В., Дикштейн И. Е., Шавров В. Г. Поверхностные магнитоакустические волны в магнитных кристаллах в области ориентационных фазовых переходов// УФН. 1997. — Т. 167, Вып. 7. — С. 735−750.
  49. Н.А. Распространение связанных волн в периодически-неоднородных средах при взаимодействии с электромагнитным полем// Приклад, механика. 2003. — Т. 39, Вып. 10. — С. 38−68.
  50. Н.А., Левченко В. В., Ратушняк Т. В. Поверхностные маг-нитоупругие волны сдвига в периодических феррит-диэлектрических регулярно-слоистых структурах// Приклад, механика. 2003. — Т. 39, Вып. И. — С. 81−86.
  51. В.В. Поверхностные волны Лява в слое на регулярно-слоистой подложке// Приклад, механика. 2004. — Т. 40, Вып. 9. — С. 131−136.
  52. Kogelnik Н. Coupled wave theory for thick hologram grating// Bell System Techn. J. 1969. — V. 48, N. 9. — P. 2909−2947.
  53. Kogelnik H., Shank C.V. Coupled-wave theory of distributed feedback lasers// J. Appl. Phys. 1972. — V. 43, N. 5. — P. 2327−2335.
  54. Huang W.P. Coupled-mode theory for coupled optical waveguides: an overview// J. Opt. Soc. Am. A. 1994. — V. 11, N. 3. — P. 963−983.
  55. H.H., Столяров C.H. К теории распространения волн в периодических структурах// Квантовая электроника. 1978. — Т. 5, Вып. 8. — С. 1853−1855.
  56. Н.Н. Уравнения связанных волн для гофрированного волновода// Квантовая электроника. 1978. — Т. 6, Вып. 8. — С. 1798−1801.
  57. B.JI. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Физматгиз, 1960. — Гл. 4. — С. 224−306.
  58. В.А., Лалетин О. Н. Распространение электромагнитных волн в одномерных сверхрешетках// Вестник КрасГУ. Сер. физ.-мат. науки. 2003, Вып. 3. — С. 9−17.
  59. И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Физматгиз, 1959. — 608 с.
  60. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и таблицами. Под ред. Абрамовиц М., Стиган И. М.: Наука, 1979. — 832 с.
  61. Ignatchenko V.A., Mankov Yu.I., Maradudin A.A. Effects of one- and three-dimensional inhomogeneities on the wave spectrum of multilayers with finite interface thicknesses// Phys. Rev. B. 2001. — V. 65, N. 1. — P. 24 207−1 024 207−9.
  62. С.Ю., Константинов О. В., Райх М. Э. Модифицированная теория возмущений для расчета зонной структуры в одномерном периодическом потенциале// ФТТ. 1980. — Т. 22, Вып. 11. — С. 3402−3407.
  63. Э. Математический аппарат физики. М.: Физматгиз, 1960. — 618 с.
  64. Л.Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). М.: Наука, 1989. — 768 с.
  65. В.А., Лалетин О. Н. Закон дисперсии волн в сверхрешетках с произвольной толщиной границы между слоями// Вестник КрасГУ Сер. физ.-мат. науки. 2004, Вып. 5. — С. 21−30.
  66. В.А., Лалетин О. Н. Волны в сверхрешетке с произвольной толщиной границы между слоями// ФТТ. 2004. — Т. 46, Вып. 12. — С. 2216−2223.
  67. Л.Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости. М.: Наука, 1987. — 248с.
  68. Hsueh С.-Н., Ferber М.К. Apparent coefficient of thermal expansion and residual stresses in multilayer capacitors// Composites: Part A. 2002. -V. 33. — P. 1115−1121.
  69. Ignatchenko V.A. and Laletin O.N. Magnetoelastic Ground State and Waves in Ferromagnet, Nonmagnetic Dielectric Multilayer Structure// Phys. Rev. B. — 2007. — V. 76, N. 10. — P. 104 419−1-104 419−11.
  70. E.A., Шавров В. Г. Об энергетической щели в ферро- и антиферромагнетиках, связанной с магнитоупругой энергией// ФТТ. 1965. -Т. 7, Вып. 1. — С. 217−226.
  71. Е.А., Шавров В. Г. Нарушенная симметрия и магнитоакустиче-ские эффекты в ферро- и антиферромагнетиках// УФН. 1983. — Т. 140, Вып. 3. — С. 429−462.
  72. М.Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П. Теория волн. М.: Наука, 1979. — 384 с.
  73. Физические величины: Справочник. Под ред. Григорьева И. С., Мейли-хова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с. 77. du Tremolet de Lacheisserie E. Magnetostriction: Theory and Applications of Magneto elasticity. Boca Raton: CRC Press, 1993. — 409 p.
  74. Ignatchenko V.A. and Laletin O.N. The Spectrum of Magnetoelastic Waves in Multilayer Structures// Phys. Met. Metallogr. 2005. — V. 100, Suppl. 1. — P. S66-S68.
  75. В.А., Лалетин O.H. Магнитоупругие волны в многослойных структурах// Укр. физ. журн. 2005. — Т. 50, Вып. 8А. — С. А150-А158.
  76. Ignatchenko V.A., Laletin O.N. The spectrum of magnetoelastic waves in multilayer structures// Abstract Book. Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism» (EASTMAG-2004). August 24−27. — 2004. — Krasnoyarsk, Russia. — P. 215.
  77. В.А., Лалетин O.H. Спектр магнитоупругих волн в муль-тислойных структурах// Сборник тезисов Одиннадцатой Всероссийской Научной Конференции Студентов-Физиков и молодых ученых (ВНКСФ-11). 24−30 марта. — 2005. — Екатеринбург. — С. 50.
  78. Ignatchenko V.A., Laletin O.N. Boundary conditions and the spectrum of waves in magnetoelastic multilayer structures// Book of Abstracts. Moscow International Symposium on Magnetism (MISM-2005). June 25−30. — 2005. — Moscow, Russia. — P. 239−240.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!