RU2767375C1 - Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната - Google Patents

Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната Download PDF

Info

Publication number
RU2767375C1
RU2767375C1 RU2021123306A RU2021123306A RU2767375C1 RU 2767375 C1 RU2767375 C1 RU 2767375C1 RU 2021123306 A RU2021123306 A RU 2021123306A RU 2021123306 A RU2021123306 A RU 2021123306A RU 2767375 C1 RU2767375 C1 RU 2767375C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ferrite
magnetic field
magnetoelastic
radiation
film
Prior art date
Application number
RU2021123306A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Полулях
Евгений Юрьевич Семук
Сергей Владимирович Томилин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского"
Priority to RU2021123306A priority Critical patent/RU2767375C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2767375C1 publication Critical patent/RU2767375C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/12—Liquid-phase epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/28—Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области сенсорики и сверхвысокочастотной (СВЧ) техники, в частности к созданию управляемых сенсоров магнитных полей, фильтров, модуляторов и маршрутизаторов СВЧ-излучения, оптически управляемых логических элементов, преобразователей сигналов, рабочим материалом которых являются эпитаксиальные пленки феррит-гранатов с перестраиваемыми свойствами за счет управления магнитоупругой связью в монокристалле с помощью когерентного оптического (лазерного) излучения. Способ управления магнитоупругой связью в монокристаллических магнитных эпитаксиальных пленках катион-замещенных феррит-гранатов 1 включает установку образца пленки феррит-граната 1 в измерительную ячейку 2, помещенную во внешнее переменное магнитное поле В , характеризующееся частотами СВЧ-излучения, при приложении внешнего постоянного магнитного поля В 0 , при этом измерительная ячейка 2 подключена к векторному анализатору цепей 3 для взаимодействия СВЧ-излучения со спиновой системой магнитной пленки для возбуждения и регистрации ферромагнитного резонанса (ФМР), модулированного за счет эффекта, обусловленного магнитоупругой связью, и характеризующегося ФМР-спектрами на основе частотной зависимости модуля комплексного коэффициента пропускания S 21 , при этом внешнюю поверхность пленки феррит-граната 1 через проделанное отверстие в измерительной ячейке 1 облучают плоско поляризованным оптическим лазерным монохроматическим когерентным излучением 6 с длиной волны 680 нм и плотностью мощности в диапазоне не более 104 Вт/м2 при изменении частотного диапазона колебаний переменного магнитного поля В в пределах 200-1500 МГц, постоянного магнитного поля В 0 в диапазоне 5-50 Э, изменяя тем самым глубину модуляции ФМР-спектров за счет индуцированного оптическим лазерным излучением изменения магнитоупругой связи. В изобретении используют принцип фотоиндуцированного изменения величины магнитной анизотропии, что приводит к изменению величины магнитоупругой связи в монокристаллических эпитаксиальных пленках феррит-гранатов. При этом изменение величины магнитоупругой связи влияет на эффективность спинового возбуждения акустических (фононных) мод и, как следствие, на величину модуляции спектра ферромагнитного резонанса. Технический результат изобретения - повышение эффективности и скорости динамического оптомагнитного управления магнитоупругой связью в катион-замещенных монокристаллических эпитаксиальных пленках феррит-гранатов, а также возможность совмещения на одном твердотельном кристалле трех взаимосвязанных различных внешних факторов воздействия и передачи сигналов, таких как магнитное поле, СВЧ-излучение и оптическое излучение. 2 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области сенсорики и сверхвысокочастотной (СВЧ) техники, и, в частности, к созданию управляемых сенсоров магнитных полей, фильтров, модуляторов и маршрутизаторов СВЧ-излучения, оптически управляемых логических элементов, преобразователей сигналов и т.д. рабочим материалом которых являются эпитаксиальные монокристаллические пленки феррит-гранатов с перестраиваемыми свойствами за счет управления магнитоупругой связью в монокристалле с помощью когерентного оптического (лазерного) излучения.
Известно, что в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов с сильной магнитоупругой связью магнитные моды колебаний могут приводить к возбуждению упругих волн, для которых магнитная пленка вместе с подложкой выступают в качестве резонатора. При этом упругие колебания приводят к модуляции как спектров спиновых волн [Ю. В. Гуляев, П. Е. Зильберман, Г.Т. Казаков, В.Г. Сысоев, В.В. Тихонов, Ю.А. Филимонов, Б.П. Нам, А. С.Хе. Наблюдение быстрых магнитоупругих волн в тонких пластинах и эпитаксиальных пленках железо-иттриевого граната. Письма в ЖЭТФ том. 34, вып. 9, стр. 500-504 (1981)], так и спектров ферромагнитного резонанса (ФМР) набором равноотстоящих по частоте, узких, по сравнению с шириной линии ФМР, линий поглощения («провалов») в спектре магнитных колебаний. При разработке радиотехнических устройств представляется важным иметь возможность управлять амплитудой упругой модуляции спин-волновых спектров.
Величина упругой модуляции магнитных спектров (глубина «провалов») определяется величиной магнитоупругих взаимодействий [С.Н. Полулях, В.Н. Бержанский, Е.Ю. Семук, В.И. Белотелое, П.М. Ветошко, В.В. Попов, А.Н. Шапошников, А.Г. Шумилов, А.И. Чернов. Ферромагнитный резонанс и упругие колебания в эпитаксиальных пленках феррит-граната иттрия ЖЭТФ. - 2021. - Том 159, Вып. 2. - стр. 307-314 DOI: 10.31857/S0044451021020103]. Кроме того, магнитоупругие взаимодействия вносят вклад в магнитную кристаллическую анизотропию, которая влияет как на направление намагниченности в кристалле, так и на спектр спин-волновых возбуждений. При этом и магнитная анизотропия и магнитоупругие взаимодействия имеют одну и ту же природу: магнитные дипольные взаимодействия и спин-орбитальное взаимодействие, которое для переходных 3d элементов, как правило, оказывается доминирующим.
Известно достаточно большое количество способов управления магнитоупругой связью в эпитаксиальных пленках феррит-гранатов и устройств, в основе которых лежит использование магнитоупругой связи и связанного с ней явления магнитострикции. Используя различное катионное замещение, можно синтезировать феррит-гранаты с различной величиной магнитоупругой связи и магнитной анизотропии [Спичкин Ю.И., Тишин А.М. Способ формирования магнитного материала для записи информации с высокой плотностью RU 2 227 941 С2 (H01F 10/08, G11B 5/714, Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. - М.: Наука, 1980-239 с]. Эффективность магнитоупругих и анизотропных взаимодействий может быть изменена путем термомагнитной обработки материала [Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. - М.: Наука, 1980-239 с]. Для катион замещенных феррит-гранатов известен фотомагнитный эффект [Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. - М.: Наука, 1980-239 с], состоящий в изменении магнитной кристаллографической анизотропии под действием линейно поляризованного света. Данный эффект проявляется в изменении амплитуды и смещении частоты сигнала поглощения [Губернаторов В.В., Сычева Т.С, Ольков С.А. Способ термомагнитной обработки анизотропных магнитомягких материалов RU 2 494 153 С1].
Известен способ выращивания монокристаллических пленок феррит-гранатов методом жидкофазной эпитаксии (Патент UA 40028 А МПК 6 С30В 19/02, 29/28, опубл. 16.07.2001, Бюл. №6), включающий погружение подложки из галлий-гадолиниевого граната в пересыщенный расплав смеси феррит-образующих оксидов и растворителя, и осаждение пленок при заданных температурных режимах. В данном изобретении величина магнитной анизотропии и связанные с ней магнитоупругие взаимодействия регулируются за счет изменения катионного состава эпитаксиальной пленки феррит граната.
Общим с заявляемым решением признаком является возможность управления величиной магнитоупругого взаимодействия в эпитаксиальной пленке феррит-граната.
Недостатком технического решения является принципиальная невозможность динамического изменения величины магнитоупругой связи и магнитной анизотропии непосредственно при использовании пленки после ее синтеза. Величина магнитоупругой связи, а также тип и величина магнитной анизотропии формируются при эпитаксиальном синтезе пленки.
Известен магнитооптический материал (Патент RU 2 522 594 С1 МПК С30В 29/28 (2006.01), С30В 19/12 (2006.01), H01F 10/24 (2006.01), H01F 10/28 (2006.01), G02F 1/09 (2006.01), опубл. 20.07.2014, Бюл. №20), который представляет собой эпитаксиальную монокристаллическую пленку феррита-граната состава (YBi)3(FeGa)5O12, выращенную на подложке немагнитного граната с высоким значением параметра решетки а=12,38-12,56 Å, при этом эпитаксиальная пленка содержит 0,1-0,4 формульных единиц ионов Mg2+. Подложка немагнитного граната может быть выполнена из (GdCa)3(GaMgZr)5O12, или Ca3(NbLi)2Ga3O12, или Ca3(NbMg)2Ga3O12, или Ca3(NbZr)2Ga3O12. В данном изобретении величина магнитоупругих взаимодействий и величина магнитной анизотропии регулируются за счет изменения катионного состава эпитаксиальной пленки феррит граната и изменения типа подложки.
Общим с заявляемым решением признаком является возможность управления величиной магнитоупругого взаимодействия в эпитаксиальной пленке феррит-граната.
Недостатком технического решения является принципиальная невозможность динамического изменения величины магнитоупругой связи и магнитной анизотропии непосредственно при использовании пленки после ее синтеза. Величина магнитоупругой связи, а также тип и величина магнитной анизотропии формируются при эпитаксиальном синтезе пленки.
Известен способ обработки магнитооптических управляемых транспарантов на основе эпитаксиальных пленок (Bi, Оа)-содержащих ферритов-гранатов (Патент RU2 150 768 C1 МПК H01L 21/42 (2000.01), опубл. 10.06.2000, Бюл. №16), который заключается в обработке эпитаксиальных пленок феррит-гранатов потоком высокоэнергетических электронов с энергией Ее=(4-7) МэВ при плотности потока Φе=(2-6)⋅1012 см2с-1 до флюенса Φе=(1-5)⋅1016 см-2 (причем облучение проводят по всей поверхности транспаранта и с его нерабочей стороны), а после этого отжигают в атмосфере кислорода при температуре 150-300°С в течение 1-2 ч.
Общим с заявляемым решением признаком является возможность управления величиной магнитоупругого взаимодействия и магнитной анизотропии в эпитаксиальной пленке феррит-граната.
Недостатком технического решения является принципиальная невозможность динамического изменения величины магнитоупругой связи и магнитной анизотропии непосредственно в процессе использовании пленки. Величина магнитоупругой связи, а также тип и величина магнитной анизотропии формируются при обработке эпитаксиальной пленки с помощью облучения потоком высокоэнергетических электронов с последующим отжигом.
Известен магнитострикционный преобразователь высокочастотных ультразвуковых колебаний (Патент RU2 492 590 C1 МПК H04R 15/00 (2006.01), опубл. 10.09.2013, Бюл. №25), который содержит звукопровод в форме цилиндра, на один из торцов которого нанесен магнитострикционный элемент в виде однородной монокристаллической пленки, толщина которой кратна длине волны ультразвуковых колебаний звукопровода. В данном изобретении преобразование переменного магнитного поля в ультразвуковые акустические волны осуществляется за счет магнитоупругой связи в монокристаллической пленке
Общим с заявляемым решением признаком является использование магнитоупругой связи в монокристаллической пленке феррит-граната для преобразования магнитных волн в акустические и наоборот.
Недостатком технического решения является отсутствие возможности управления величиной магнитоупругой связи.
В качестве прототипа выбран термомагнитооптический способ записи информации и устройство для его реализации (Патент RU 2 428 751 С2 МПК G11B 11/12 (2006.01), опубл. 10.09.2011, Бюл. №25), который включает нагрев участка рабочей среды электронным или лазерным пучком до температуры Кюри или температуры компенсации, причем носитель до проведения записи обрабатывают при нормальных атмосферных условиях в отрицательном коронном разряде в течение 2-15 часов при токе короны 50-500 мкА. В данном изобретении величина магнитной анизотропии в пленке магнитного диэлектрика и связанные с ней магнитоупругие взаимодействия регулируются за счет термомагнитной обработки и воздействия коронного разряда. Устройство для реализации предложенного способа содержит лазер, оптическую систему, дисковод, систему внешнего магнитного поля, фотодетектор, системы автокрекинга и автофокусировки, электронный блок канала записи и устройство униполярного коронного разряда, состоящее из высоковольтного выпрямителя, пластины электрода, выполняющей одновременно роль дисковода и покрытой резиновым слоем, а также коронирующего электрода.
Недостатком технического решения является высокая инертность процессов термомагнитного воздействия и обработки в плазме коронного разряда что существенно снижает скорость динамического изменения величины магнитоупругой связи и магнитной анизотропии, при этом дефекты, наводимые коронным разрядом, неизбежно приведут к снижению срока эффективной эксплуатации магнитооптического материала.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности и скорости динамического фотоиндуцированного управления магнитоупругой связью в катион-замещенных монокристаллических эпитаксиальных пленках феррит-гранатов непосредственно в устройстве, в котором пленка используется в качестве рабочего материала, а также возможность совмещения на одном твердотельном кристалле трех взаимосвязанных различных внешних факторов воздействия и передачи сигналов, таких как магнитное поле, СВЧ-излучение и оптическое излучение.
Поставленная задача решается следующит образом. Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в монокристаллических эпитаксиальных пленках катион-замещенных феррит-гранатов включает установку образца пленки феррит-граната в измерительную ячейку, подключенную к векторному анализатору цепей для регистрации спектров взаимодействия СВЧ-излучения со спиновой системой магнитной пленки и регистрации ферромагнитного резонанса, помещение пленки феррит-граната вместе с измерительной ячейкой во внешнее магнитное поле, облучение внешней поверхности пленки феррит-граната плоско поляризованным монохроматическим когерентным излучением через специально проделанное отверстие в измерительной ячейке, при этом частота колебаний переменного магнитного поля находится в частотном диапазоне 200-1500 МГц, магнитное постоянное поле может изменяться в диапазоне 5-50 Э, плотность мощности оптического излучения с длиной волны 680 нм составляет 0-104 Вт/м2.
Общими с заявляемым решением признаками прототипа являются использование эпитаксиальной пленки феррит-граната, помещение пленки во внешнее магнитное поле, облучение пленки монохроматическим когерентным (лазерным) излучением. При этом в прототипе управление магнитоупругой связью в эпитаксиальной пленке феррит-граната осуществляется за счет термомагнитной обработки и воздействия коронного разряда.
Отличительными признаками изобретения являются:
- использование сверхвысокочастотного электромагнитного поля для возбуждения и регистрации ферромагнитного резонанса, модулированного за счет эффекта, обусловленного магнитоупругой связью в монокристалле феррит-граната;
- использование когерентного оптического (лазерного) излучения перестраиваемой мощности для модификации спектров ферромагнитного резонанса за счет, индуцированного светом изменения магнитоупругой связи и магнитной анизотропии.
Совокупность отличительных и ограничительных признаков обеспечивает изобретательский уровень заявленного технического решения.
В заявляемом способе используют принцип индуцированного светом изменения величины магнитоупругой связи в монокристаллических эпитаксиальных пленках феррит-гранатов. При этом изменение величины магнитоупругой связи влияет на эффективность магнитоупругого возбуждения упругих мод колебаний и, как следствие, на величину модуляции спектра ферромагнитного резонанса. Данный способ имеет ряд преимуществ:
- динамическое изменение магнитоупругих свойств эпитаксиальных пленок феррит-гранатов;
- обратимость изменения магнитоупругих свойств;
- отсутствие необходимости удаления пленки из измерительной ячейки для изменения ее магнитоупругих свойств.
В основу заявляемого изобретения положен экспериментально обнаруженный эффект влияния линейно поляризованного света на величину магнитоупругих взаимодействий в эпитаксиальных пленках феррит-граната состава (BiLu)3(FeGa)sOi2. Разработанный способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического (лазерного) излучения позволяет создавать на базе монокристаллических эпитаксиальных пленок феррит-гранатов высокоэффективные датчики, модуляторы, фильтры, преобразователи, логические элементы и т.д.
Способ реализуют следующим образом (Фиг. 1). Монокристаллическую эпитаксиальную пленку катион-замещенного феррит-граната 1 помещают в измерительную ячейку 2, подключенную к векторному анализатору цепей 3 для регистрации спектров ФМР. Процедура регистрации спектров ФМР основана на регистрации частотной зависимости комплексного коэффициента пропускания S21 измерительной ячейки 2, содержащей образец 1 пленки феррит-граната. Измерительная ячейка 2 состоит из двух плоскопараллельных металлических пластин 4 и 5, между которыми помещается исследуемый образец (пленка феррит-граната). В одной из пластин выполнено отверстие, через которое образец освещается излучением лазера 6 с длиной волны 680 нм. Измерительная ячейка 2 помещается во внешнее постоянное магнитное поле B0, создаваемое катушками Гельмгольца (на фиг. 1 не показаны).
На Фиг. 2 приведены спектральные зависимости модуля комплексного коэффициента пропускания S21 (спектр ФМР) эпитаксиальной пленки (BiLu)3(FeGa)5O12 толщиной 12 мкм, выращенной на подложке из гадолиний галлиевого граната толщиной 450 мкм и ориентированной в кристаллографической плоскости (111). Постоянное магнитное поле величиной 18,6 Э лежит в плоскости пленки и совпадает с направлением трудного намагничивания в плоскости пленки (кристаллографическое направление [110] или [112]). Основной экспериментально наблюдаемый эффект состоит в уменьшении амплитуды модуляции (провалов) в спектре ФМР на частотах упругого резонанса. При плотности мощности лазерного излучения 8,5⋅103 Вт/м2 модуляция ФМР спектров практически исчезает. Кроме того, увеличение мощности лазерного излучения приводит к незначительному увеличению частоты ФМР, которое мало по сравнению с шириной линии ФМР и, в первом приближении, может не учитываться.
Следует отметить, что, нагрев образца горячим воздухом до температуры 335 К также приводит к росту частоты ФМР, а при дальнейшем увеличении температура образца, наоборот, приводит к уменьшению частоты ФМР, что обусловлено уменьшением намагниченности. При этом максимальное увеличение частоты ФМР в результате нагрева образца в три раза меньше, чем увеличение частоты ФМР вследствие действия лазерного излучения. Кроме того, нагрев образца практически не влияет на величину провалов в спектре ФМР на частоте упругих резонансов. Таким образом, изменение магнитоупругих взаимодействий под действием света обусловлено фотомагнитным эффектом и не может быть сведено к тепловому действию лазерного излучения.
Пример.
Монокристаллическая эпитаксиальная пленка катион-замещенного феррит-граната толщиной 12 мкм с номинальным составом (BiLu)3(FeGa)5O12, выращенная методом жидкофазной эпитаксии на подложке из гадолиний галлиевого граната толщиной 450 мкм с ориентацией поверхности в кристаллографической плоскости (111), помещается в измерительную ячейку (Фиг. 1). Размер пластин ячейки составляет 38 × 14 мм, расстояние между пластинами 2 мм, в одной из пластин выполнено отверстие диаметром 5 мм для ввода лазерного излучения. Измерительная ячейка через коаксиальные волноводы подключается к векторному анализатору сетей Rohde & Schwarz ZNB 20, который способен генерировать и детектировать переменное электромагнитное поле в диапазоне частот 200-1500 МГц (в настоящем примере диапазон частот составлял 400-550 МГц), Образец с измерительной ячейкой помещается между катушками Гельмгольца, которые создают постоянное магнитное поле 18,6 Э. Постоянное магнитное поле лежит в плоскости пленки и совпадает с направлением трудного намагничивания в плоскости пленки (кристаллографическое направление [110]). Взаимное расположение векторов переменного магнитного поля В~ и постоянного магнитного поля В0 относительно образца и измерительной ячейки показаны на Фиг. 1.
Через отверстие в одной из пластин измерительной ячейки образец освещается пучком монохроматического плоско поляризованного лазерного излучения, плотность мощности оптического излучения с длиной волны 680 нм составляет 0-104 Вт/м2. При этом мощность 0 Вт/м2 соответствует отсутствию лазерного излучения.
В качестве регистрируемого параметра выступает частотная зависимость (спектр) модуля комплексного коэффициента пропускания S21 (спектры ФМР). На Фиг. 2 показаны спектры коэффициента S21 при облучении образца лазерным излучением с плотностью оптической мощности 0 Вт/м2, 2,1⋅103 Вт/м2, 5,7⋅103 Вт/м2, и 8,6⋅103 Вт/м2. При этом изменение мощности лазерного излучения приводит к изменению глубины модуляции ФМР спектра за счет управления магнитоупругой связью в монокристаллической эпитаксиальной пленке катион-замещенного феррит-граната, а мощность лазерного излучения 8,5⋅103 Вт/м2 приводит к практически полному подавлению модуляция ФМР спектров.
Данное изобретение позволяет на одном твердотельном кристалле обеспечить взаимную связь трех различных внешних факторов воздействия и передачи сигналов, таких как магнитное поле, СВЧ-излучение и оптическое излучение. Это позволяет по изменению одного из факторов взаимодействия оценить изменение параметров других факторов (сенсорное применение), либо за счет изменения одного фактора взаимодействия влиять на другие факторы (применение в качестве элемента управления), либо сигнал, передаваемый за счет одного фактора взаимодействия, преобразовывать в сигналы другого фактора (применение в качестве преобразователя). Изобретение может быть использовано в области электроники и СВЧ-техники, в линиях связи, в том числе волоконно-оптической, в наукоемких технологиях при создании высокочувствительных датчиков магнитного поля и т.д., а также при проведении комплексных лабораторных исследований.

Claims (1)

  1. Способ управления магнитоупругой связью в монокристаллических магнитных эпитаксиальных пленках катион-замещенных феррит-гранатов, включающий установку образца пленки феррит-граната в измерительную ячейку, помещенную во внешнее переменное магнитное поле, характеризующееся частотами СВЧ-излучения, при приложении внешнего постоянного магнитного поля, при этом измерительная ячейка подключена к векторному анализатору цепей для взаимодействия СВЧ-излучения со спиновой системой магнитной пленки для возбуждения и регистрации ферромагнитного резонанса (ФМР), модулированного за счет эффекта, обусловленного магнитоупругой связью, и характеризующегося ФМР-спектрами на основе частотной зависимости модуля комплексного коэффициента пропускания S21, отличающийся тем, что внешнюю поверхность пленки феррит-граната через проделанное отверстие в измерительной ячейке облучают плоско поляризованным оптическим лазерным монохроматическим когерентным излучением с длиной волны 680 нм и плотностью мощности в диапазоне не более 104 Вт/м2 при изменении частотного диапазона колебаний переменного магнитного поля в пределах 200-1500 МГц, постоянного магнитного поля в диапазоне 5-50 Э, изменяя тем самым глубину модуляции ФМР-спектров за счет индуцированного оптическим лазерным излучением изменения магнитоупругой связи.
RU2021123306A 2021-08-02 2021-08-02 Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната RU2767375C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021123306A RU2767375C1 (ru) 2021-08-02 2021-08-02 Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021123306A RU2767375C1 (ru) 2021-08-02 2021-08-02 Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767375C1 true RU2767375C1 (ru) 2022-03-17

Family

ID=80737058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021123306A RU2767375C1 (ru) 2021-08-02 2021-08-02 Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767375C1 (ru)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1539839A1 (ru) * 1988-03-01 1990-01-30 Донецкий физико-технический институт АН УССР Способ определени коэрцитивной силы монокристаллических пленок феррит-гранатов

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1539839A1 (ru) * 1988-03-01 1990-01-30 Донецкий физико-технический институт АН УССР Способ определени коэрцитивной силы монокристаллических пленок феррит-гранатов

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HENNING J. C. M. et al. Magnetostriction measurement by means of strain modulated ferromagnetic resonance (SMFMR), "Applied physics", 1978, vol.16, pp 353-357. *
ПОЛУЛЯХ С.Н. и др. Модуляция магнитоупругой связи при ферромагнитном резонансе в пленках феррит-гранатов. Журнал технической физики, 2021, т.91, N7, с.1124-1131. *
ПОЛУЛЯХ С.Н. и др. Модуляция магнитоупругой связи при ферромагнитном резонансе в пленках феррит-гранатов. Журнал технической физики, 2021, т.91, N7, с.1124-1131. HENNING J. C. M. et al. Magnetostriction measurement by means of strain modulated ferromagnetic resonance (SMFMR), "Applied physics", 1978, vol.16, pp 353-357. *
ПОЛУЛЯХ С.Н. и др. Ферромагнитный резонанс и упругие колебания в эпитаксиальных пленках феррит-граната иттрия. "ЖЭТФ", 2021, т.159, вып.2, с. 307-314. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. High performance THz emitters based on ferromagnetic/nonmagnetic heterostructures
Khokhlov et al. Optical excitation of propagating magnetostatic waves in an epitaxial galfenol film by ultrafast magnetic anisotropy change
US3696312A (en) Cyclotron resonance devices controllable by electric fields
Tikhonov et al. Spin-wave diagnostics of the magnetization distribution over the thickness of a ferrite film
RU2767375C1 (ru) Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната
Khramova et al. Tuning the directionality of spin waves generated by femtosecond laser pulses in a garnet film by optically driven ferromagnetic resonance
JPWO2009016972A1 (ja) 光デバイス、光集積デバイス、及びその製造方法
Bonner et al. Characteristics of Temperature‐Stable Eu‐Based Garnet Films for Magnetic Bubble Applications
Fedyanin et al. Phase-matched magnetization-induced second-harmonic generation in yttrium-iron-garnet magnetophotonic crystals
Rao et al. Ultrafast spin wave propagation in thick magnetic insulator films with perpendicular magnetic anisotropy
Krischer et al. Magnetic‐field‐dependent attenuation of surface waves by nickel thin films
Bezuglov et al. Possibilities of nonlinear parametric zonal systems application on the base of passive magnetophotonic structures at low temperatures
Deb et al. Ultrafast control of lattice strain via magnetic circular dichroism
Kasahara et al. Thickness dependences of the dynamic magnetic properties of epitaxial YIG films prepared by a metal–organic decomposition method
US4264882A (en) Electric signal transmission device employing a ferromagnetic amorphous ribbon
Nakagawa et al. Crystal Growth Process of Rb-Doped Iron Garnet Films for MO Recording Prepared by Pyrolysis
Boyd Magnetoelastic resonances in ferrite memory cores
JPH0961772A (ja) 偏波制御装置
Nakajima et al. Magnetic Domain Control of ErFeO 3 by Intense Terahertz Free Electron Laser Pulses
Biswas Strain-Induced Magnetoelectric Properties of Epitaxial (010) o-DyFeO3 Thin Films
Shkar’ et al. Magnetic resonance and self-sustained oscillations in an iron-yttrium garnet film in a vortex state
RU2758000C1 (ru) Мажоритарный элемент на спиновых волнах
CN114337370B (zh) 一种动态调节频响特性的磁电换能装置
US6646783B1 (en) Light modulation device and filter device
Dimyan et al. Temperature dependence of wall-energy anisotropy in orthoferrites