Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время уделяется большое внимание разработке радиопоглощающих и отражающих материалов на основе магнитных поликристаллических или композитных материалов различного состава, что предполагает знание динамических магнитных характеристик ферритов [1-3].
Изучение нелинейных свойств магнитных систем и возможность получения высококачественных тонких плёнок и других наноразмерных магнитных объектов открывают возможности создания новых материалов для компактных ВЧ и СВЧ устройств, работающих в нелинейных режимах. В настоящее время исследование нелинейной магнитной и магнитоупругой динамики и её релаксационных особенностей [4] в тонких плёнках и частицах является перспективным направлением. Актуальность исследования связана также с возможностью разработки акустического усилителя, работающего на электромагнитной накачке, на основе магнитострикционного эффекта. Другим перспективным направлением, является исследование динамических и релаксационных свойств нанокомпозитных магнитных пленок [5-7]. Современные энергонезависимые магнитные накопители информации характеризуются гигантской плотностью записи и малым временем доступа. Одним из альтернативных накопителей с очень малым временем доступа может накопитель, основанный на радиоимпульсной записи [8]. При взаимодействии магнетиков с переменными полями идет процесс магнитоупругого или магнитоакустического взаимодействия [4]. Результаты исследования явления МАЭ дают важную информацию о степени нелинейности системы и магнитоакустического взаимодействия, магнитоупругих константах, величине и динамике внутренних магнитных полей [9].
Цель диссертационной работы заключается в выявлении особенностей поведения магнитной динамики ферритовых поликристаллов и ансамблей частиц и поиска их применения, а также выявление критических явлений и новых особенностей релаксационных и нелинейных магнитных и магнитоупругих свойств тонких магнитных пленок, частиц и ансамблей частиц в радиочастотных (ВЧ и СВЧ диапазоны) магнитных полях, исследование свойств ориентированных однодоменных магнитных частиц, в зернах поликристалла.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1) Предложен метод аппроксимации магнитных спектров и расчет средних полей поликристаллических ферритов с использованием модели постоянных внутренних полей
4 в зернах поликристалла. Разработан метод расчета времен релаксации монокристаллов и поликристаллов с учетом зависимости параметра диссипации от частоты.
2) Показано, что изменение формы образца путем создания неполных, разрезов и
изменение пористости образца приводят к эквивалентным изменениям спектра.
-
Определены магнитные характеристики порошков МЦШ с размерами частиц 0.05-5 мм в интервале частот до 100 МГц и различных температурах. Сделан анализ физических процессов, происходящих в магнитной подсистеме частиц порошка при изменении температуры.
-
Приведено решение уравнения Гильберта относительно неподвижной и подвижной системы координат, методом последовательных приближений.
5) Исследована нелинейная динамика колебаний и поступательного движения
доменов на основе модели связанных осцилляторов и определена областей их
существования.
-
Определены магнитные свойства композитных пленок при различной топологии наноструктурных элементов. Обнаружен эффект значительного изменения характеристик этих плёнок вблизи порога перколяции, вызванный изменением топологии наноструктуры элементов, происходящем при изменении состава и температурного отжига образцов.
-
Выявлено сильное влияние материальных параметров на релаксационные и нелинейные свойства ферритовых плёнок и частиц в области ФМР и акустического резонанса (АР).
-
Выявлены две области релаксации магнитоупругих колебаний после действия импульса переменного поля в ферритовой пленке, которые характеризуются сильно отличающимися временами релаксации тг.
-
Определена область значений параметра магнитной диссипации а, в которой взаимодействие магнитной и упругой подсистем является наибольшим.
-
Предложена методика определения времени релаксации магнитоупругих колебаний плёнок и частиц в нелинейном режиме по значению времени установления стационарного режима магнитных или упругих колебаний.
-
Показано возникновение магнитоупругих автоколебаний релаксационного типа в ферритовой пленке вблизи АР при превышении порогового значения амплитуды переменного поля. Вычислена пороговая амплитуда возбуждения магнитоупругих автоколебаний в зависимости от материальных параметров и внешних воздействий.
12) Получено аналитическое выражение и численное решение, описывающие
поведение сигналов МАЭ в зависимости от параметров возбуждающих импульсов и
внешних воздействий.
5 13) Показана возможность записи информации на ансамбли невзаимодействующих однодоменных частиц импульсами переменного магнитного поля.
Положения, выносимые на защиту:
1. Решение уравнения Гильберта относительно неподвижной и подвижной системы
координат, используя метод последовательных приближений.
-
Метод расчета магнитных спектров и средних полей поликристаллических ферритов с использованием модели постоянных внутренних полей в зернах поликристалла.
-
Метод аппроксимации магнитных спектров и расчет времен релаксации монокристаллов и поликристаллов с учетом того, что диссипативный параметр является функцией частоты.
-
Эквивалентность изменения спектров ферритовых образцов при создании неполных разрезов различной глубины и ширины и при изменении пористости.
-
Исследование магнитных спектров ансамблей частиц МЦШ с размерами 0.05-5 мм при различных температурах.
-
Нелинейная динамика колебаний и поступательного движения доменов на основе модели связанных осцилляторов и определение областей их существования.
7. Динамика и механизм зарождения и гашения магнитоупругих автоколебаний
релаксационного типа в тонких ферритов ых плёнках и частицах.
8. Зависимости амплитуды сигналов двухимпульсного магнитоакустического эха для
ансамбля ферритовых частиц от амплитуд возбуждающих импульсов, интервала между
импульсами.
9. Исследование электрических и магнитных свойств тонких композитных плёнок,
состоящих из ферромагнитной и диэлектрической фаз. Зависимость этих свойств от
состава и внешних воздействий, приводящих к изменению топологии наноструктуры
плёнки.
10. Исследование отклика невзаимодействующих однодоменных частиц под
действием импульса слабопеременного магнитного поля.
Личный вклад автора заключается в выборе и постановке задач исследований, проведение аналитических и численных расчетов.
Научная и практическая значимость работы
Полученные результаты могут быть использованы при дальнейших теоретических
исследованиях радиоимпульсной динамики магнитной и упругой подсистем твёрдых тел,
включающих в себя наноразмерные структуры. Приведённые в работе результаты могут
оказаться полезными при решении нелинейных задач в других областях физики,
изучающих нелинейные явления, например, в нелинейной оптике, физике плазмы. Результаты работы показывают возможность создания принципиально нового носителя информации, основанного на частотном принципе записи-считывания. Такой носитель может быть реализован на ансамбле однодоменных невзаимодействующих частиц.
Апробация работы
Основные результаты, приведенные в диссертации, докладывались Международных школах-семинарах «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва 1998, 2002, 2004, 2006); 16 Международном симпозиуме по нелинейной акустике (Москва, 2002); Международном семинаре: «Выездная секция по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурных объектах» (Астрахань, 2003); Международных зимних школах физиков-теоретиков «Коуровка» (Екатеринбург 2002, 2004, 2006); на Ш-ем Московском Международном Симпозиуме по Магнетизму (Москва, 2005); на Ш Объединенном Европейском симпозиуме по магнетизму (Сан-Себастьян, Испания, 2006);Международная конференция "Функциональные материалы " (Украина, Крым, Партенит, 2003, 2005). 21 Международная конференция по нелинейным явлениям в твердых телах (Воронеж,2004). 6-й Международный семинар "Магнитные фазовые переходы" (Махачкала,2004). Международная конференция "Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах" ( Махачкала 2005,2007). 14-я Международная конференция (Венгрия, Балатон, 1999). Международный форум по волновой электронике и их применения(С.-Петербург,2000). Выездной сессии научного совета РАН по магнитоакустике и акустоэлектронике (Сыктывкар, 1994); а также на республиканских, внутри вузовских и научных семинарах Сыктывкарского государственного университета и Сыктывкарского лесного института Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. СМ. Кирова.
Публикации
Результаты работы опубликованы в 14 статьях в центральной печати и в том числе в международных реферируемых и рецензируемых журналах, 14 статьях в сборниках трудов международных конференций и 12 тезисах всероссийских и международных конференций.
Личный вклад заключается в выборе и постановке задач исследований, проведении аналитических и численных расчетов.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитированной литературы и авторского списка. Работа изложена на 315 страницах. Список литературы содержит 342 наименований.
