Электромагнитные свойства многослойных магнитных наноструктур в миллиметровом диапазоне длин волн

Наноструктуры — это многослойные пленки с толщиной слоя от единиц до сотен ангстрем. Наногетероструктуры — искусственно созданные системы слоев двух (или более) компонентов. Основополагающими в области исследования физики наногетероструктур являются работы лауреата Нобелевской премии 2000 г. Ж. И. Алферова. Особый интерес для современной физики магнитных явлений представляют магнитные наногетероструктуры, состоящие из слоев ферромагнитного и неферромагнитного металлов. Физические свойства наногетероструктур отличаются от свойств однородных тонких пленок, из которых изготовлены отдельные слои. Удельное сопротивление тонких ферромагнитных пленок зависит от их толщины и может быть существенно выше, чем у массивного металла, из-за влияния отражения электронов от поверхности раздела металл — воздух или подложка, то есть размерных эффектов. В тонких магнитных пленках спины поверхностных электронов находятся в состоянии с более низкой симметрией, чем внутренние [1].

Сверхрешетки — частный случай наногетероструктур, имеющих помимо периодического потенциала кристаллической решетки дополнительный искусственно созданный одномерный периодический потенциал, с периодом существенно большим, чем постоянная решетки. Отличия физических свойств металлических магнитных сверхрешеток от однородных тонких пленок определяются не только наличием искусственно созданного периодического потенциала, но и связью между соседними слоями ферромагнетика за счет обменного [2] или магнито-дипольного взаимодействия и особой ролью рассеяния электронов на границах ферромагнитного и неферромагнитного металлов (интерфейсах). Главным отличием является гораздо большая величина магниторезистивного эффекта. Открытие гигантского магниторезистивного эффекта (ГМРЭ) группами А. Ферта (Париж, Франция) и П. Грюнберга (Юлих, Германия) в 1988 г. [3, 4] послужило стимулом к интенсивному изучению магнитных металлических многослойных наноструктур и сверхрешеток [5]. Это открытие стало первым шагом в новой области исследований и технологий, именуемой сейчас спинтроникой. В 2007 г. А. Ферт и П. Грюнберг получили Нобелевскую премию по физике за открытие ГМРЭ [6, 7].

Актуальность исследований.

Исследование физических свойств искусственно созданных многослойных магнитных металлических наноструктур составляет современный и быстро развивающийся раздел физики магнитных явлений [8]. Такие объекты предоставляют уникальную возможность управлять характеристиками обменного взаимодействия, изучать влияние направления спина на транспортные свойства электрона. Выявление оптимальных условий для получения максимально возможного гигантского магниторезистивного эффекта (ГМРЭ), влияние структуры интерфейсов на физические свойства, специфика гибридных кластерно-слоистых наноструктур, системы с однонаправленной анизотропией («bias») и перемагничиванием («magnetization reversal») — вот наиболее популярные в последние годы области исследования.

Физическая природа гигантского магниторезистивного эффекта в металлических наноструктурах обусловлена сильным различием вероятностей рассеяния электронов с разным направлением спина по отношению к вектору намагниченности при переходе из слоя в слой, а также подавлением во внешнем магнитном поле начальной относительной ориентации магнитных моментов смежных ферромагнитных слоев. К моменту начала работы основной объем исследований, посвященный этим вопросам, был выполнен на постоянном гоке. Нас же интересует взаимодействие носителей заряда с внешними электрическими и магнитными и внутренними (обменными) полями в микроволновом диапазоне частот.

Металлические многослойные наноструктуры и сверхрешетки являются одним из наиболее перспективных классов твердотельных материалов для построения устройств наноэлектроники. В настоящее время они уже применяются в качестве чувствительных элементов сенсоров в магнитных измерениях [9] и в неразрушающем контроле [10]. В литературе сообщалось об использовании материалов, обладающих ГМРЭ, в устройствах хранения информации [И] и в электронных компонентах, действие которых базируется на принципах фотоники [12]. Быстродействие устройств, разрабатываемых на основе таких материалов, в значительной степени определяется частотными характеристиками магниторезистивного эффекта. Это особенно важно для применения наноструктур в устройствах электроники сверхвысоких частот. По мнению Ж. И. Алферова, высказанному им в Нобелевской лекции, быстродействующая функциональная электроника будет создаваться главным образом на основе гетероструктур.

Таким образом, актуальным являлось систематическое исследование взаимодействия электромагнитных волн (особенно в миллиметровом диапазоне) с такими искусственно созданными системами, как наноструктуры Fe/Cr, Fe/V, FeNi/V и Co/Ag методами прохождения и отражения для идентификации физической природы микроволнового магниторезистивного эффекта и резонансных особенностей. Также необходимо было исследовать взаимосвязь динамических и транспортных свойств многослойных магнитных металлических наноструктур. Решение этих проблем имеет большое значение для создания высокочастотных элементов твердотельной наноэлектроники на основе наногетероструктур и сверхрешеток.

Работа выполнена в рамках следующих программ и грантов:

1. Плановой темы ИФМ УрО РАН «Наноструктурированные проводящие материалы: синтез, исследование атомной и кристаллической структуры компонент и интерфейсов, изучение физической природы электронных и магнитных свойств» (Шифр «Наногетероструктура» № г. р. 01.200 103 141);

2. Программы фундаментальных научных исследований Президиума РАН «Квантовая макрофизика» ;

3. Программы ОФН РАН «Спин-зависимые эффекты в твердых телах и спинтроника», проект «Спин-зависимый транспорт в металлических, полупроводниковых и молекулярных магнетиках» ;

4. Гранта № 00−15−96 745 по поддержке научных школ «Электронная кинетика и спиновая динамика в металлических слоистых наноструктурах, магнитных металлооксидах и низкоразмерных проводниках» ;

5. Госконтракта № 02.445.11.7374 от 09.06.2006 г. «Развитие системы ведущих научных школ как среды генерации знаний и подготовки научно-педагогических кадров высшей квалификации» «Спиновая динамика и транспорт в магнитных металлических наногетероструктурах» .

Цель работы заключалась в исследовании явлений, определяемых взаимодействием электромагнитного излучения в широком диапазоне частот с многослойными магнитными наноструктурами и выявлении их взаимосвязи с электрическими и магнитными явлениями, обуславливающими свойства этих структур на постоянном токе, в получении информации об особенностях обменного взаимодействия ферромагнитных слоев в микроволновом диапазоне.

Задачи работы:

— теоретическое и экспериментальное исследование в геометрии «ток протекает в плоскости слоев» («current in plane», CIP) взаимодействия (прохождения и отражения) электромагнитных волн в широком диапазоне частот и постоянных магнитных нолей с многослойными магнитными наноструктурами, размещенными в поперечном сечении прямоугольного волновода;

— получение экспериментальных спектров магнитного резонанса и сравнение их с расчетными, найденными из кривых намагничивания. Оценить константы обменного взаимодействия в модели биквадратичного обмена, параметра затухания Гильберта;

— теоретическое и экспериментальное исследование в геометрии «ток перпендикулярен плоскости слоев» («current perpendicular to plane», CPP) взаимодействия (прохождения и отражения) электромагнитных волн в режиме бегущих волн с наноструктурой конечных размеров, расположенной вдоль оси прямоугольного волновода параллельно его широкой стенке;

— развитие методик измерения коэффициентов прохождения и отражения от магнитных наноструктур для миллиметрового диапазона длин волн;

— исследование взаимодействия электромагнитных волн с периодическими системами, содержащими магнитные многослойные наноструктуры, в режиме бегущих волн.

Методы исследований включают следующие основные группы методик:

— микроволновые измерения проводились методом проникновения [13] и методом бегущих волн [14], развитых для диапазона миллиметровых волн;

— для контроля качества образцов использовались методики: малоугловой дифракции рентгеновских лучей, туннельной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии, дифракции быстрых электронов;

— для измерений магнитных характеристик образцов применялась методика с использованием вибрационного магнитометра;

— измерения электросопротивления постоянному току и магнитосопротивления проводились по четырехконтактной схеме.

Научная новизна результатов, выносимых на защиту:

— установлено, что в миллиметровом диапазоне длин волн изменения коэффициентов прохождения через сверхрешетки и отражения от них определяются одновременным действием двух физических явлений: высокочастотного гигантского магниторезистивного эффекта и магнитного резонанса;

— обнаружено, что в миллиметровом диапазоне длин волн гигантский магниторезистивный эффект приводит к монотонному уменьшению модуля коэффициента прохождения и увеличению модуля коэффициента отражения. Зависимости коэффициента прохождения от напряженности магнитного поля вне условий магнитного резонанса подобны зависимостям магнитосопротивления на постоянном токе. Теоретически показано, что в миллиметровом диапазоне длин волн существует взаимнооднозначное соответствие между ГМРЭ, измеренным на постоянном токе и на сверхвысоких частотах вне условий магнитного резонанса. Частотная дисперсия ГМРЭ слаба во всем исследованном диапазоне частот;

— установлено, что минимумы на полевых зависимостях коэффициентов прохождения и отражения, обнаруженные на частотах выше 30 ГГц при использовании методики проникновения электромагнитных волн, обусловлены магнитным резонансом. В кластерно-слоистых наноструктурах резонансные изменения микроволнового коэффициента прохождения отсутствуют. Сопоставление кривых намагничивания и спектров магнитного резонанса позволило оценить константы билинейного J и биквадратичного обменного взаимодействия сверхрешеток со сплошными слоями в модели биквадратичного обмена, что важно для расчета магнитной структуры при наложении магнитного поля. Полученные оценки приводят к хорошему согласию расчетных спектров однородной моды магнитного резонанса с экспериментальными. Выполнены оценки параметра затухания Гильберта;

— теоретически изучено взаимодействие электромагнитных волн с гиротроппой пластиной из многослойной магнитной наноструктуры, расположенной параллельно широкой стенке прямоугольного волновода вдоль его оси. Установлена структура электромагнитных полей для случая толщин металла наноструктуры, существенно меньших глубины скин-слоя. Показано, что реализуется геометрия СРР. Получены формулы для комплексных добавок к продольному волновому числу при отсутствии магнитного поля и во внешнем постоянном магнитном поле, и комплексных коэффициентов прохождения и отражения;

— исследовано распространение электромагнитных волн миллиметрового и сантиметрового диапазонов через отрезок волновода с наноструктурой конечных размеров, расположенной параллельно его широкой стенке, на наборе образцов сверхрешеток (Fe/Cr)n. Установлено, что частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения являются функциями осцилляционного типа в соответствии с результатами расчета. Показано, что зависимость между магнитосопротивлением на постоянном токе и изменением модуля коэффициента прохождения микроволн в магнитном поле является прямо пропорциональнойотносительные изменения коэффициентов отражения и прохождения электромагнитных волн могут превышать 30%;

— развитые для миллиметрового диапазона длин волн волноводные методики измерения коэффициентов прохождения и отражения в режимах проникновения и бегущих волн дали возможность впрямую получать информацию о микроволновом ГМРЭ и магнитном резонансе. Измерения, проведенные по этим методикам на большом наборе частот из выбранного диапазона в геометриях CIP и СРР и большом числе образцов наноструктур разного типа, позволили доказать влияние исходного магнитного упорядочения и характера межслойного обменного взаимодействия на тип и величину возникающих микроволновых эффектов и дали возможность обнаружить микроволновой ГМРЭ в наноструктурах разного состава, обладающих спин-зависимым рассеянием;

— обнаружено, что в миллиметровом диапазоне длин волн у периодической системы типа «гребенка в волноводе» с пластинами гребенки, выполненными из образцов сверхрешетки Fe/Cr, под действием внешнего магнитного поля модуль коэффициента прохождения электромагнитных волн увеличивается до 50%.

Научная и практическая значимость заключается в том, что:

— результаты, полученные в диссертации, дополняют и развивают существующие представления о физической природе эффектов, определяемых взаимодействием электромагнитного излучения с искусственно созданными многослойными металлическими магнитными наноструктурами в широком диапазоне частот, а также о взаимосвязи динамических и транспортных свойств этих наноструктур;

— закономерности взаимодействия электромагнитных волн со сверхрешетками в широком диапазоне частот, полученные в работе, позволяют наметить пути целенаправленного создания новых магнитных наноматериалов и быстродействующих, управляемых магнитным полем наноустройств сверхвысокочастотной техники на основе таких материалов. В частности, изменения модулей коэффициентов прохождения и отражения при взаимодействии электромагнитных волн с многослойной магнитной наноструктурой в режиме бегущих волн и с периодической структурой типа «гребенка в волноводе», превышающие 30%, указывают на возможность применения эффекта микроволнового ГМРЭ в управляемых устройствах сверхвысокочастотной техники. Исследования на миллиметровых волнах важны в связи с необходимостью предусмотреть возможное наложение магнитного резонанса и магниторезистивного эффекта, которое может стать серьезной проблемой в работе магнитных устройств хранения и считывания информации при дальнейшем увеличении их тактовой частоты;

— методики измерения коэффициентов прохождения и отражения от многослойных магнитных наноструктур в режимах проникновения и бегущих волн, развитые для миллиметрового диапазона волн, позволяют изучать различные механизмы высокочастотного отклика на падающее электромагнитное излучение, впрямую получая информацию о микроволновом ГМРЭ и магнитном резонансе из результатов измерений на большом наборе частот из широкого диапазона в геометриях С1Р и СРР и большом числе образцов.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

— установлено, что в миллиметровом диапазоне длин волн нерезонансные изменения коэффициентов прохождения электромагнитных волн через многослойные магнитные наноструктуры и отражения от них обусловлены высокочастотным ГМРЭ и определяются джоулевыми потерями микроволновых вихревых токов в наноструктуре;

— доказано путем сравнения спектров минимумов коэффициентов прохождения в режиме проникновения, восстановленных из экспериментальных данных, со спектрами однородной моды магнитного резонанса, полученных из кривых намагничивания, что возникновение этих минимумов обусловлено явлением магнитного резонанса при совместном действии двух магнитных полейпостоянного и высокочастотного поля волны. Сделаны оценки констант обменного взаимодействия в модели биквадратичного обмена и параметра затухания Гильберта;

— в миллиметровом диапазоне длин волн на прохождение и отражение электромагнитных волн от многослойных магнитных наноструктур одновременно влияют явления микроволнового ГМРЭ и магнитного резонанса. Вне условий магнитного резонанса независимо от вида начального магнитного упорядочения выполняется взаимнооднозначное соответствие между зависимостями относительного изменения коэффициента прохождения от напряженности магнитного поля и магнитосопротивления на постоянном токе;

— результаты теоретического исследования взаимодействия (прохождения и отражения) электромагнитных волн в режиме бегущих волн (геометрия СРР) с тонкой гиротропной металлической пластиной конечных размеров — многослойной магнитной наноструктурой, расположенной вдоль оси прямоугольного волновода параллельно его широкой стенке: структура электромагнитных полейвыражения для продольного волнового числа основной моды Ню и его изменений в постоянном магнитном поле, полученные методами теории возмущений для случаев нормального и касательного намагничивания наноструктуры;

— результаты изучения распространения волн миллиметрового и сантиметрового диапазонов через отрезок волновода с многослойной магнитной наноструктурой конечных размеров, расположенной параллельно его широкой стенке. Между полевыми зависимостями изменения модуля коэффициента прохождения и магнитосопротивлением на постоянном токе наблюдается прямо пропорциональная зависимость. Частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения являются функциями осцилляционного типа в соответствии с результатами расчета;

— применение периодических систем типа «гребенка в волноводе» резко увеличивает эффективность взаимодействия электромагнитных волн с многослойными магнитными наноструктурами, из которых выполнены пластины гребенки.

Достоверность полученных в диссертации результатов обеспечивается большим количеством хорошо аттестованных образцовобоснованной методикой выполнения измерений на аттестованных экспериментальных установкахнеоднократным повторением измеренийсопоставлением полученных данных с известными из литературных источников, с теоретическими моделями исследуемых явлений.

Апробация результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 статьях в российских и зарубежных журналах [15−24] и докладывались на XVI11, XIX и XX Международных школах-семинарах «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (НМММ) (Москва, 2002, 2004, 2006 гг.) [25−30]- XXI Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (HMMM-XXI) (Москва, 2009 г.) [31]- Международном Евро-Азиатском симпозиуме «Trends in magnetism» (EASTMAG-2004) (Красноярск, 2004 г.) [32]- 15-ой международной конференции «Soft Magnetic Materials» (Испания, г. Бильбао, 2001 г.) [33]- 35th and 36th European Microwave Conference (EuMC) (Франция, г. Париж, 2005 г.- Великобритания, г. Манчестер, 2006 г.) [34, 35]- 4-ом, 5-ом и 6-ом Международных симпозиумах «Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves» (MSMW) (Украина, г. Харьков, 2001, 2004, 2007 гг.) [36−39]- 15-м Международном симпозиуме «Тонкие пленки в оптике и электронике» Харьковской научной ассамблеи (ISTFE-15) (Украина, г. Харьков, 2003 г.) [40, 41]- XVI Международном симпозиуме «Тонкие пленки в электронике» (Москва, 2004 г.) [42]- XII Международной научно-технической конференции «Материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники» (Москва, 2006 г.) [43]- IX и X Международных семинарах «Нанотехнология и физика функциональных нанокристаллических материалов» (ДСМСМС) (Екатеринбург-Кыштым, 2002 г.- Екатеринбург-Новоуральск, 2005 г.) [44, 45]- VI Bilateral Russian-German Symposium «Physics and Chemistry of advanced materials. Advanced materials with collective electronic phenomena» (Новосибирск, 2002 г.) [46]- XI International summer school «Nicolas Cabrera. Frontiers in Science and Technology: Magnetic Nanostructueres» (Испания, г. Мадрид, 2004 г.) [47]- 378th WE-Heraeus-Seminar «Spin Torque in Magnetic Nanostructures» (Германия, г. Бад-Хоннеф, 2006 г.) [48].

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 34 научных работах, в том числе в 10 статьях в российских и зарубежных научных журналах, включенных в перечень ВАК, 16 статьях в сборниках трудов и 8 тезисах докладов международных конференций.

Личный вклад автора.

Автор совместно с научным руководителем участвовал в постановке задач исследования и их реализации. Лично развил методики измерений в режимах проникновения и бегущих волн для диапазона миллиметровых волн. Создал три оригинальные экспериментальные установки для проведения измерений амплитудно-частотных характеристик образцов, полевых и частотных зависимостей коэффициентов прохождения и отражения в диапазонах частот от 26 до 38 ГГц, от 12 до 17 ГГц и от 17 до 26 ГГц, провел аттестацию установок. На всех стадиях работы соискатель активно участвовал в проведении экспериментов, обработке, анализе полученных результатов и оформлении публикаций.

Образцы сверхрешеток, использованные в качестве объектов исследования в оригинальной части работы, были изготовлены: Fe/Cr — в лаборатории электрических явлений ИФМ УрО РАН: ведущим научным сотрудником, к.ф.-м.н. Ромашевым Л. Н. и с.н.с., к.ф.-м.н. Миляевым М.А.- Fe/V — в Удмуртском госуниверситетеFe0−8iNi0-i9/V — в группе проф. Б. Хьерварссона из университета г. Уппсала, Швеция, там же измерено их магнитосопротивлениеCo/Ag — в группе д-ра М. Ангелакериса из Аристотелевского университета г. Салоники, Греция. Следующие измерения образцов сверхрешеток были выполнены: Л. Н. Ромашевым — рельефа поверхностей на туннельном микроскопе и гигантского магниторезистивного эффекта на постоянном токеМ.А. Миляевым — кривых намагничивания и гигантского магниторезистивного эффекта на постоянном токе на автоматизированном вибрационном магнитометре АВМ-1 конструкции М. А. Миляева, и спектров малоугловой дифракции рентгеновских лучей.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающего 187 наименований. Содержание диссертации изложено на 153 страницах, включая 4 таблицы и 62 рисунка.

4.3. Выводы по главе 4.

1. Изучено распространение электромагнитных волн в прямоугольном волноводе, содержащем гиротропную пластину из металлической наноструктуры. Получены формулы для комплексной добавки к продольному волновому числу моды Но. Мнимая часть ее содержит две составляющих: одна отражает диссипацию энергии в проводящей наноструктуре за счет джоулевых потерь на высокочастотные вихревые токи, а другая выражается через мнимую компоненту магнитной проницаемости. Установлена структура полей для толщин металла наноструктуры, существенно меньших глубины скин-слоя. Получены выражения для коэффициентов прохождения и отражения.

2. Рассчитано изменение продольного волнового числа при касательном и нормальном намагничивании наноструктуры. В области частот и полей, вне условий магнитного резонанса, микроволновые изменения пропорциональны изменению электросопротивления. Получены выражения для комплексных коэффициентов отражения и прохождения во внешнем постоянном магнитном поле.

3. В миллиметровом и сантиметровом диапазонах длин волн проведены измерения коэффициентов отражения и прохождения электромагнитных волн через отрезок волновода с образцами сверхрешетки (Fe/Cr)n конечных размеров. В случае образца конечной длины, сравнимой с длиной волны в волноводе, частотная зависимость коэффициентов определяется набегом фазы на длине образца.

Частотная зависимость коэффициента стоячей волны является функцией осцилляционного типа в соответствии с результатами расчета. Осцилляционная частотная зависимость коэффициента прохождения в рассогласованном тракте предоставляет возможность подстройки амплитуды малыми вариациями частоты. Показано, что относительные изменения модуля коэффициента прохождения пропорциональны магнитосопротивлепию. Изменения коэффициентов отражения и прохождения могут превышать 30%, что указывает на возможность применения эффекта микроволнового магнитосопротивления в управляемых устройствах СВЧ.

4. Исследовано влияние тонкопленочных ферромагнитных образцов на прохождение электромагнитных волн сантиметрового диапазона через волновод П-образного сечения при изменении величины внешнего магнитного поля. Рассмотрены перспективы использования волноводов П-образного сечения с мультислойпыми наноструктурами в качестве базы для создания широкополосных СВЧ — устройств с малой дисперсией, управляемых магнитным полем.

5. Исследованы высокочастотные свойства периодической структуры типа «гребенка в волноводе» с пластинами гребенки из магнитной сверхрешетки. Теоретически показано, что с помощью внешнего магнитного поля, изменяющего электросопротивление сверхрешетки, можно управлять коэффициентом прохождения такой периодической структуры. Эксперименты, выполненные в миллиметровом диапазоне электромагнитных волн, показали, что под действием внешнего магнитного поля относительное изменение модуля коэффициента прохождения периодической структуры со сверхрешеткой достигает 50%.

Заключение

.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты исследования взаимодействия электромагнитного излучения в широком диапазоне частот с многослойными магнитными металлическими наноструктурами:

— установлено, что изменения коэффициентов прохождения через сверхрешетки и отражения от них в миллиметровом диапазоне длин волн определяются одновременным действием высокочастотного гигантского магниторезистивного эффекта и магнитного резонанса;

— обнаружено, что в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн гигантский магниторезистивный эффект приводит к монотонному уменьшению модуля коэффициента прохождения и увеличению модуля коэффициента отражения. Зависимости коэффициента прохождения от напряженности внешнего магнитного поля подобны зависимостям магнитосопротивления на постоянном токе. Частотная дисперсия ГМРЭ во всем диапазоне исследованных частот проявляется слабо. Теоретический анализ проникновения электромагнитных волн через сверхрешетку показал, что в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн выполняется взаимнооднозначное соответствие магниторезистивного эффекта, измеренного на постоянном токе, и относительных изменений в магнитном поле коэффициента прохождения вне условий магнитного резонанса. Относительное изменение коэффициента прохождения однозначно определяется относительным изменением удельного сопротивления наноструктуры;

— обнаружено, что магнитный резонанс в сверхрешетках при использовании методики проникновения электромагнитных волн наблюдается на частотах выше 30 ГГц и соответствует минимуму коэффициентов прохождения и отражения. В кластерно-слоистых наноструктурах резонанс отсутствует. Амплитуда резонансной особенности коэффициента прохождения наибольшая в тех сверхрешетках, где резонанс приходится на насыщенное магнитное состояние образца. Получено хорошее (не хуже 6%) согласие спектров магнитного резонанса, восстановленных из экспериментальных данных, и спектров однородной моды, найденных из кривых намагничивания с использованием оценок констант билинейного и биквадратичного обменного взаимодействия в модели биквадратичного обмена.

Сделаны оценки параметра затухания Гильберта по ширине линии магнитного резонанса на полевой зависимости микроволнового коэффициента прохождения;

— проведено теоретическое исследование взаимодействия электромагнитных волн в прямоугольном волноводе с гиротропной пластиной из многослойной магнитной наноструктуры, суммарная толщина металла которой существенно меньше глубины скин-слоя. Установлена структура электромагнитных полей, когда пластина расположена параллельно широкой стенке волновода вдоль его оси. Показано, что в режиме бегущих волн реализуется геометрия «ток перпендикулярен плоскости слоев». Получены методом теории возмущений для случаев отсутствия магнитного поля и во внешнем постоянном магнитном поле формулы для комплексной добавки к продольному волновому числу моды Я] о и комплексных коэффициентов прохождения и отражения. Показано, что микроволновые изменения продольного волнового числа при касательном и нормальном намагничивании в области частот и полей вне условий магнитного резонанса пропорциональны изменению удельной проводимости наноструктуры. Установлено, что частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения являются функциями осцилляционного типа;

— обнаружено при исследовании распространения электромагнитных волн миллиметрового и сантиметрового диапазонов через отрезок волновода с образцом сверхрешетки (Ре/Сг)п конечных размеров, расположенном параллельно его широкой стенке, что зависимость между магнитосопротивлением на постоянном токе и относительными изменениями модуля коэффициента прохождения микроволн является прямо пропорциональной. Показано, что частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения являются функциями осцилляционного типа в соответствии с расчетом. Относительные изменения модулей коэффициентов отражения и прохождения могут превышать 30%;

— волноводные методики измерения коэффициентов прохождения через металлические наноструктуры и отражения от них в режимах проникновения и бегущих волн, развитые для миллиметрового диапазона длин волн, позволили впрямую получать информацию о микроволновом ГМРЭ и магнитном резонансе. Они дали возможность проводить измерения на большом (практически неограниченном) наборе частот из выбранного диапазона в геометриях С1Р и СРР;

— экспериментально показана высокая эффективность взаимодействия электромагнитных волн миллиметрового диапазона с периодическими системами, содержащими наноструктуры. У периодической структуры типа «гребенка в волноводе» с пластинами гребенки, выполненными из образцов сверхрешетки Fe/Cr, под действием внешнего постоянного магнитного поля увеличение модуля коэффициента прохождения достигает 50%.