DE2061160B2

DE2061160B2 - Verfahren zur kontinuierlichen verstaerkung von gekoppelten elastisch-spinartigen oberflaechen- und querwellen

Info

Publication number: DE2061160B2
Application number: DE19702061160
Authority: DE
Inventors: Sylwester Prof. Dr.-Ing. Warschau Kaliski
Original assignee: Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jaroslawa Dabrowskiego, Warschau
Priority date: 1969-12-13
Filing date: 1970-12-11
Publication date: 1976-07-22
Also published as: GB1338412A; US3659122A; DE2061160A1; JPS4827512B1; FR2083012A5

Description

Die Erfindung bezieht sich ί-uf ein Verfahren zur kontinuierlichen Verstärkung von gekoppelten elaitisch-spinartigen Oberflächen- und Querwelien der aus der US-PS 32 90 610 bekannten, im Oberbegriff des Patenanspruchs beschriebenen Art.

Bei der Durchführung dieses bekannten Verfahrens sind Hochleistungs-Pumpgeneratoren notwendig. Darüberhinaus eignet sich das bekannte Verfahren nicht zur Verstärkung von laufenden Wellen.

Bekannt ist weiter ein Verfahren zur kontinuierlichen Verstärkung von elastischen Oberflächen-, Quer- und Längswellen in Piezohalbleiter-Anordnungen, die einen Piezohalbleiterkristall enthalten, bei dem durch Bestrahlung eine halbleitende Oberflächenschicht erzeugt wird, oder in Anordnungen, die aus einem Piezokristall und einer beispielsweise mechanisch aufgetragenen halbleitenden Schicht bestehen (s. Ultrasonics, Oktober 1969. S. 227 bis 233).

Dieses Verfahren besteht darin, daß im Piezokristall »uf bekannte V/eise eine elastische Welle erzeugt wird, die aufgrund des piezoelektrischen Effektes ein elektrisches Feld erzeugt, das den Elektronenfluß moduliert, der in der halbleitenden Schicht unter der Einwirkung einer an sie über Ohm'sche Kontakte angelegten elektrischen Gleichspannung erzeugt wird. Nach Überschreiten der kritischen Geschwindigkeit der fließenden Elektronen erhält man hierbei eine Verstärkune der sich im Piezokristall ausbreitenden Welle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, cm Verfahren zur kontinuierlichen Verstärkung von gekoppelien elastisch-spinartigen Oberflächen- und Querwelien anzugeben, deren Frequenz von einigen hundert bis s zu einigen tausend MHz reicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemaß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Maßnahmen gelöst

to Durch die Erfindung wird es möglich, die Spinweiie in ferromagnetischen und piezohalbleitenden Materialien unter Ausnutzung der Kopplung zwischen der magnetocla}:tischen (magneto-akusiischen) Welle und dem driftenden Elektronenstrom zu verstärken. Die Spinwel-Ie kann auf die Anordnung gegeben und durch die elastisch-spinartige Kopplung in eine elastische Weile umgeformt werden, die dann unter Ausnutzung des bekannten Mechanismus der Verstärkung der elastischen Welle in Piezohalbleitern verstärkt werden kann.

Danach wird unter Ausnutzung der gleichen Kopplung die verstärkte Welle in die Spinwelle umgeformt, die der Anordnung entnommen werden kann.

Das erfindurigsgemäße Verfahren ermöglicht also eine Verstärkung von Spinwellen durch eiastisch-spinartige Kopplung und, durch Synchronisation der Anordnung mit dem konstanten magnetischen Außenfeld, die Erzielung einer regelbaren Verzögerungszeit des Verstärkersignals gegenüber dem Eingangssignal am Ausgang der Anordnung.

jo in einer Platte bzw. einem Substrat aus einem ferramagnetischen Kristall mit einer darauf aufgetragenen piezohalbleitenden Schicht wird in bekannter Weise eine Oberflächenwelle erzeugt, die danach in der piezohalbleitenden Schicht eine elastische Welle erzeugt. Gleichzeitig wird an die Schicht eine elektrische Gleichspannung angelegt, die in dieser einen driftenden Elektronenstrom erzeugt. Dieser wird in der Schicht durch das durch die elastische Welle infolge des piezoelektrischen Effekts erzeugte elektrische Feld

40 moduliert.

Bei der kritischen Geschwindigkeit der Elektronenstromdrift wird die Energie des Stroms auf die elastische Welle in der Schicht übertragen, so daß durch den mechanischen Kontakt mit dsm ferromagnetischen Kristall die Oberflächenwelle verstärkt wird.

Befindet sich die Anordnung im spin-akustischen Resonanzzustand, was durch das konstante magnetische Feld erreicht wird, so wird die Spinwelle darch elastisch-spinartige Kopplung vers'ärkt.

Querwellen we-dcn bei der Anordnung, die aus abwechselnd aufeinander gelegten Schichten des ferromagnetischen und des piezohalbleitenden Kristalls besteht, wobei die Plattendicke geringer ist als die Wellenlänge, in anologer Weise verstärkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nunmehr anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Anordnung, die aus einem Plättchen aus Eisen-Yttrium-Granat und einer piezohalbleitenden Oberflächenschicht aus Kadmiumsu'fid besteht.

Die in der Figur dargestellte Anordnung enthält eine Platte 2 aus Eisen-Yttrium-Granat, in der eine Oberflächenwelle erzeugt wird. Diese Welle wird auf

⁶S bekannte Weise mit Hilfe eines Generators 5 erzeugt, der an die Platte mittels Ohm'scher Kontakte 4 angeschlossen ist. Auf der Platte 2 befindet sich eine Schicht 1 aus Kadmiumsulfid, die über Ohm'sche

Kontakte 3 an tine Gleichspannungsquelle 6 angeschlossen ist. so daß in der Schicht! eine Elektronendrif: erzeugt wird

Die sich in der Platte 2 ausbreitende elastische Welle erzeugt infolge des mechanischen Kontaktes in der Schicht 1 eine elastische Welle, die wiederum ein piezoelektrisches Feld erzeugt, durch das der Elektronendnftsirom moduliert wird. Bei der kritischen Geschwindigkeit des driftenden Eiektronenstroms wird die elastische Welle in der Schicht 1 verstärkt, wodurch die elastische Welle in der Platte 2 verstärkt wird, die infolge der elastisch-spinartigen Kopplung in dem Raum, in dem die spin-akustische Resonanz auftritt, die zu eirvfni Empfänger ? geführte Spinwelle vielfach verstärkt. Die Halbleiterschicht kann auf der Platte mechanisch oder epitaxial aufgetragen werden.

Zur Verstärkung der Oberwelle wird von einer Gleichstromquelle an die seitlichen, senkrecht zur Richtung der Welle liegenden Oberflächen einer Platte aus abwechselnd aufeinander folgender Schichten aus einem ferromagnetischen und einem piezohalbleitenrlen Kristall eine elektrische Gleichspannung angelegt. Die Welle wird druch bekannte Kopplungsschaltungen aus einem Generator erzeugt.

Bei der Verstärkung von Oberflächenwellen genügt die Selbstkühlung der Anordnung. Bei der Verstärkung von Querwellen kann zur Verbesserung der Eigenschaften der Anordnung eine zusätzliche Kühlung vorgesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur kontinuierlichen Verstärkung von gekoppelten eiastisch-spmartigen Oberflächen- und Querwellen, bei dem in einem ferromagnetische^ Kristall eine elastische Weite erzeugt wird, die bei durch ein konstantes Magnetfeld bewirkter spinakustischer Resonanz mit einer im ferromagnetischen Kristall erzeugten Spinwelle verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Platte aus einem ferromcgnetischen Kristall, auf die eine piezohalbleitende Schicht aufgetragen ist, eine elastische Oberflächenwelle erzeugt wird, oder daß in einer Platte aus abwechselnd aufeinander gelegten Schichten aus einem ferromagnetischen und einem piezohalbleitenden Kristall eine elastische Querwelle erzeugt wird, und daß an die piezohalbleitende Schicht oder an die aus Schichten bestehende Platte eine elektrische Gleichspannung angelegt wird, die in der piezohalbleitenden Schicht bzw. in den piezohalbleitenden Schichten einen driftenden Elektronenstrom erzeugt wobei die in der Platte erzeugte und sich in ihr ausbreitende elastische Welle in der piezohalbleitenden Schicht bzw. den piezohalbleitenden Schichten ein piezoelektrisches Feld hervorruft, das den driftenden Elektronenstrom moduliert, der nach [irreichen der kritischen Geschwindigkeit der Eleklronenstromdrift die elastische Welle in der piezonalbleitenden Schicht bzw. den piezohaibieitenden Schichten verstärkt, so daß bei der durch das konstante magnetische Feld bewirkten spin-akustischen Resonanz die Spinwelle in der ferromagnetischen Platte bzw. den ferromagnetischen Schichten über die spin-elastische Kopplung mit der elastischen Welle verstärkt wird.