Солитоны поверхностной магнитостатической волны в структуре феррит-диэлектрик-металл
Диссертация
До сих пор при анализе солитонов никак не учитывалось влияние несолитонной волны, образующейся при возбуждении солитона импульсом, по форме и амплитуде, отличающимся от солитонного решения. В то же время из работ по нелинейной оптике известно, что такая волна может оказывать значительное влияние на эволюцию солитона. При этом, несмотря на то, что аналогия с нелинейной оптикой широко используется… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ МСВ В
- ФЕРРИТОВЫХ СТРУКТУРАХ
- 1. 1. Общие представления о магнитостатических волнах
- 1. 2. Структура феррит-диэлектрик-металл
- 1. 3. Методы моделирования линейных МСВ
- 1. 4. Эволюционное уравнение для нелинейных МСВ
- 1. 5. Основные сведения о солитонах нелинейного уравнения Шредингера
- 1. 6. Характерные расстояния при распространении импульса
- 1. 7. Методы решения модельного уравнения
- 1. 8. Область применения модели
- ГЛАВА II. СОЛИТОНЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН В СТРУКТУРЕ ФЕРРИТ-ДИЭЛЕКТРИК МЕТАЛЛ
- 2. 1. Постановка задачи
- 2. 2. Пороги образования солитонов
- 2. 3. Исследование огибающей импульсов
- 2. 3. 1. Зависимость длительности импульса от входной амплитуды
- 2. 3. 2. Зависимость длительности импульса от пройденного расстояния
- 2. 3. 3. Зависимость пиковой амплитуды импульса от пройденного расстояния
- 2. 3. 4. Многосолитонные режимы
- 2. 4. Исследование фазы солитона
- 2. 5. Оценка длины формирования солитона
- 2. 6. Зависимость выходной пиковой мощности от входной
- 2. 7. Сравнение результатов расчета с экспериментом
- 2. 8. Выводы
- ГЛАВА III. ОСОБЕННОСТИ ВОЗБУЖДЕНИЯ МСВ
- ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ИМПУЛЬСОМ СВЧ
- 3. 1. «Компрессия» прямоугольных импульсов в линейной диспергирующей среде
- 3. 2. Длина компрессии прямоугольных импульсов
- 3. 3. Сравнение результатов расчета с экспериментом
- 3. 3. 1. Описание эксперимента
- 3. 3. 2. Исследование связи длины компрессии и дисперсии волны
- 3. 3. 3. Измерение коэффициента дисперсии среды с помощью эффекта компрессии импульса
- 3. 4. Компрессия импульсов ПМСВ в ФДМ структуре
- 3. 5. Поведение импульса в «ближней» зоне
- 3. 6. Оценка длины формирования солитона с помощью эффекта компрессии
- 3. 7. Выводы
- ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ НЕСОЛИТОННОЙ ВОЛНЫ НА
- ФОРМИРОВАНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ СОЛИТОНА МСВ
- 4. 1. Влияние несолитонной волны на солитон в бездиссипативном приближении
- 4. 2. Оценка частоты осцилляций пиковой амплитуды
- 4. 3. Влияние несолитонной волны в диссипативной среде
- 4. 4. Особенности поведения солитона, определяемые несолитонной волной
- 4. 5. Выбор оптимальных условий распространения солитона
- 4. 6. Выводы
Список литературы
- Исхак B.C. Применение магнитостатических волн: Обзор // ТИИЭР. -1988. — Т.76, № 2. — С.86−104.
- Adkins L.R. Dispersion control in magnetostatic wave delay lines // Circuits Syst. Sign. Processing. 1985. — V.4. — P.137−156.
- Wey A.C., Tuan H.S., Parekh J.P., Craig A.E., Lee J.N. Enchanced-bandwidth MSFVM-optical interaction employing in inhomogeneous bias field // IEEE Ultrasonics Symp. Proc., IEEE Publ. 1986. № 86CH2375−4. -P.173−178.
- Fisher A.D. Optical signal processing with magnetostatic waves // Circuits Syst. Sign. Processing. 1985. -P.265−284.
- Адам Дж. Д. // ТИИЭР. 1988. — Т.76, № 2.
- Ishak W.S., Reese Е., Baer R., Fowler M. Tunable magnetostatic wave oscillators using pure and doped YIG films // IEEE Trans. Mag. Magn. Sept. 1984. — V. MAG-20. — P.1229−1231.
- Castera J.P. Tunable magnetostatic surface wave oscillators // IEEE Trans Mag. Magn. Sept. 1978. — V. MAG-14. — P.826−828.
- Lander V., Parekh J.P. MSSW delay-line-based oscillators // Proc. IEEE Frequency Control Symp. 1983. — P. 1−4.
- Ishak W.S. 4−20 GHz magnetostatic wave delay line oscillator // Electron. Lett. Oct. 1983. — V.19. -P.930−931.
- Carter R.L., Owens J.M., Brinlee W.R., Sam Y. W., Smith C.V. Tunable magnetostatic surface wave oscillator at 4 GHz // IEEE MTT-S Dig. 1981. -P.383−385.
- Owens J.M., Carter R.L., Sam Y.W. A hybrid GaAs MIC oscillator using a magnetostatic wave resonator // IEEE MTT-S Dig. 1983. — P.323−325.
- Castera J.P., Hartemann P., Dupont J.M., LeTron Y., Bert A., Triilland A. A tunable magnetostatic volume wave oscillator // IEEE MTT-S Dig. 1983. -P.318−322.
- Carter R.L., Owens J.M., De D.K. YIG oscillators: is a planar geometry better? // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Dec. 1984. — V. MTT-32. -P.1671−1674.
- Ishak W.S., Chang K.W. Magnetostatic wave devices for microwave signal processing // Hewlett-Packard J. Feb. 1985. — P. 10−20.
- Damon R.W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of a ferromagnetic slab. // J. Phys. Chem. Sol. 1961. — V.19, № 2. — P.308−320.
- Damon R.W., Van de Vaart H. Propogation of Magnetostatic spin waves at microwave frequencies in a normally magnetized disc // J. Appl. Phys. -1965. V.36, № 11.- P. 3453−3459.
- Damon R.W., Van de Vaart H. Propagation of magnetostatic spin waves at microwave frequencies. II. Rods. // J. Appl. Phys. 1966. — V.37, № 6. -P.2445−2450.
- Brundle L.K., Freedman N.S. Magnetostatic surface waves on a YIG slab // Electr. Lett. 1968. — V.4, № 7. — P.132−134.
- Livinstein H.J., Licht S., Landorf R.W. Growth of high quality garnet thin films from supercooled melts // Appl. Phys. Lett. 1971. — V.19, № 11. -P.486−488.
- Гуревич А.Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Наука, 1994.-461с.
- Вашковский А.В., Стальмахов B.C., Шараевский Ю. П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Изд. СГУ, 1993. 312с.
- Гуляев Ю.В., Зильберман П. Е. Спинволновая электроника. М.: Знание, 1988.-64с.
- Sohda M.S., Srivastava N.C. Microwave propogation in ferromagnetics. New York, NY: Plenum, 1981.
- Parekh J.P., Chang K.W., Tuan H.S. Propagation characteristics of magnetostatic waves // Circuits Syst. Sign. Processing. 1985. — V.4. — P.9−39.
- Bongianni W.L. Magnetostatic propagation in a dielectric layered structure // J. Appl. Phys. 1972. — V.43. — P.2541−2544.
- O’Keeffe T.W., Patterson R.W., Magnetostatic surface wave propagation in finite samples // J. Appl. Phys. 1978. — V.49, № 9. — P.4886−4895.
- Adam J.D., Bajpai S.N. Magnetostatic forward volume wave propagation in YIG strips // IEEE Trans. Magn. Sept. 1982. — V. MAG-18. — P.1598−1600.
- Castera J.P. Magnetostatic wave temperature coefficient // Proc. RADC Microwave Magnetics Workshop. 1981. — P. 178−186.
- Okada F., Rai E. Temperature characteristics of microwave YIG delay line using magnetostatic waves // Memoirs Defense Acad. Japan. 1973. — V. XIII.-P. 1−10.
- Suhl H. The theory of ferromagnetic resonance at high signal powers // J.Phys. Chem. Solids. 1957. — V.l. -P.209−227.
- Зильберман П.Е., Никитов С. А., Темирязев А. Г. Четырехмагнонный распад и кинетическая неустойчивость бегущей магнитостатической волны в пленках железо-иттриевого граната // Письма в ЖЭТФ. 1985. -Т.42, вып.З. -С.92−94.
- Зильберман П.Е., Голубев Н. С., Темирязев А. Г. Параметрическое возбуждение спиновых волн локализованной в пространстве накачкой в касательно намагниченной пленке железо-иттриевого граната. // ЖЭТФ. 1990. — Т.97, вып.2. — С.634−643.
- Казаков Г. Т., Кожевников А. В., Филимонов Ю. А. Четырехмагнонный распад поверхностных магнитостатических волн в пленках железо-иттриевого граната // ФТТ. 1997. — Т.39, № 2. — С.330−338.
- Казаков Г. Т., Кожевников А. В., Филимонов Ю. А. Влияние параметрически возбужденных волн на дисперсию и затухание поверхностных магнитостатических волн в ферритовых пленках // ЖЭТФ. 1999. — Т.115, вып. 1. — С.318−332.
- Лукомский В. П. Нелинейные магнитостатические волны в ферромагнитных пластинах // Укр. Физ. журн. 1978. — Т.23, № 1. -С.134−139.
- Звездин А.К., Попков А. Ф. К нелинейной теории магнитостатических спиновых волн //ЖЭТФ. 1983. — Т.84, вып.2. — С.606−615.
- Калиникос Б.А., Ковшиков Н. Г., Славин А. Н. Наблюдение спин-волновых солитонов в ферромагнитных пленках // Письма в ЖЭТФ. -1983. Т.38, № 7. — С.343−347.
- Калиникос Б.А., Ковшиков Н. Г., Славин А. Н. // ФТТ. 1985. — Т.27. -С.135.
- De Gasperis P., Marcelli R., Miccoli G. Magnetostatic soliton propagation at microwave frequency in magnetic garnet films // Phys. Rev. Lett. 1987. -V.59. -P.481−484.
- De Gasperis P., Marcelli R., Miccoli G. //J. Appl. Phys. 1988. — V.63. -P.4136.
- Kalinikos B.A., Kovshikov N.G., Kolodin P.A., Slavin A.N. Observation of dipole-exchange spin wave solitons in tangentially magnetized ferromagnetic films // Sol. St. Com. 1990. — V.74, № 9. — P.989−993.
- Kalinikos B.A., Kovshikov N.G., Slavin A.N. Experimental observation of magnetostatic wave envelope solitons in yttrium iron garnet films // Phys. Rev. B. 1990. — V.42, № 12. -P.8658−8660.
- Tsankov M.A., Chen M., Patton C.E. Forward volume wave microwave envelope solitons in yttrium iron garnet: propagation, decay and collision // J. Appl. Phys. 1994. — V.76. — P.4274−4289.
- Chen M., Tsankov M.A., Nash J.M., Patton C.E. Backward volume wave solitons in yttrium iron garnet film //Phys. Rev. B. 1994. — V.49. — P.12 773−12 790.
- Калиникос Б.А., Ковшиков Н. Г. Наблюдение столкновения солитонов огибающей спиновых волн в ферромагнитных пленках. // Письма в ЖЭТФ. 1994. — Т.60, вып.4. — С.290−293.
- Калиникос Б.А., Ковшиков Н. Г., Славин А. Н. Спин-волновые солитоны в ферромагнитных пленках: наблюдение модуляционной неустойчивости спиновых волн при непрерывном возбуждении // Письма в ЖЭТФ. 1984. — Т.10, вып. 15. — С.936−939.
- Дудко Г. М., Казаков Г. Т., Кожевников А. В., Филимонов Ю. А. Удвоение периода и хаос при четырехмагнонном распаде магнитостатических волн в пленках железо-иттриевого граната //Письма в ЖТФ. 1987. — Т. 13. -С.736−740.
- Nikitov S.A., Su Jun, Marcelli R., De Gasperis P. Modulation instability of surface magnetostatic waves in ferromagnetic films // J. Magn. Magn. Mat. -1995.-V.145.-P.6−10.
- Boyle J.W., Nikitov S.A., Boardman A.D., Booth J.G. Self-channeling and nonlinear beam shaping of magnetostatic waves in ferromagnetic films // Phys. Rev. B. 1996. — V.53, № 18. — P.12 173−12 181.
- Bauer M., Buttner O., Demokritov S.O., Hillebrands В., Grimalsky V., Rapoport Yu., Slavin A.N. Observation of spatiotemporal self-focusing of spin waves in magnetic films // Phys. Rev. Lett. 1998. — V.81. — P.3769.
- Кадомцев Б.Б., Карпман В. И. // УФН. 1971. — Т.103. — С.193.
- Карпман В.И. Нелинейные волны в диспергирующих средах. Новосибирск: Изд. НГУ, 1968. 111с.
- Lighthill M.J. //J. Inst. Math. Appl.- 1965. -V.l. -P.269.
- Захаров В.Е., Шабат А. Б. Точная теория двумерной самофокусировки и одномерной автомодуляции волн в нелинейных средах // ЖЭТФ. 1971. -Т.61,вып.2.-С.118−134.
- Калиникос Б.А., Ковшиков Н. Г., Славин А. Н. Солитоны огибающей и модуляционная неустойчивость дипольно-обменных волн намагниченности в пленках железоиттриевого граната // ЖЭТФ. 1988. -Т.94, вып.2. — С. 159−176.
- Nash J.M., Patton С.Е., Kabos P. Microwave-envelope soliton threshold powers and soliton numbers // Phys. Rev. B. 1995. — V.51, № 21. — P.15 079−15 084.
- Костылев М.П., Ковшиков Н. Г. Возбуждение, формирование и распространение солитоноподобных импульсов спиновых волн в ферромагнитных пленках (численный расчет и эксперимент) // ЖТФ. -2002. Т.72, вып.11. -С.5−13.
- Kalinikos В.A., Kovshikov N.G., Slavin A.N. // IEEE Trans. Magn. 1992. -V.28. -P.3207.
- Xia H., Kabos P., Patton C.E., Ensle H.E. Decay properties of microwave-magnetic-envelope solitons in yttrium iron garnet films // Phys. Rev. B. -1997. V.55, № 22. — P. 15 018−15 025.
- Slavin A.N., Benner H. Formation and propagation of spin-wave envelope solitons in weakly dissipative ferrite waveguides // Phys. Rev. B. 2003. -V.67.-174 421.-P.l-8.
- Lamb G.L. Elements of Soliton Theory. Wiley. New York, 1980. 421p.
- Slavin A.N. Thresholds of envelope soliton formation in a weakly dissipative medium // Phys. Rev. Lett. 1996. — V .77, № 22. — P.4644−4647.
- Kovshikov N.G., Kalinikos B.A., Patton C.E., Wright E. S, Nash J.M. Formation, propagation, reflection, and collision of microwave envelope solitons in yttrium iron garnet films // Phys. Rev. B. 1996. — V.54, № 21. -P.15 210- 15 223.
- Demokritov S.O. et al. // Phys. Reports. 2001. — V.348. — P.441−489.
- Xia H., Kabos P., Staudinger R.A., Patton C.E., Slavin A.N. Velocity characteristics of microwave-magnetic-envelope solitons // Phys. Rev. B. -1998. V.58, № 5. — P.2708−2715.
- Zaspel C.E., Kabos P., Xia H., Zhang H.Y., Patton C.E. Modeling of the power-dependent velocity of microwave magnetic envelope solitons in thin films //J. Appl. Phys. 1999. — V.85, № 12. — P.8307−8311.
- Nash J.M., Kabos P., Staudinger R.A., Patton C.E. Phase profiles of microwave magnetic envelope solitons // J. Appl. Phys. 1998. — V.83, № 5, -P.2689−2699.
- Slavin A.N., Dudko G.M. Numerical modelling of spin wave soliton propogation in ferijmagnetic films // JMMM. 1990. — V.86. -P.l 15−123.
- Boardman A.D., Nikitov S.A., Waby N.A., Putman R., Mehta H.M., Wallis R.F. Effect of third-order dispersion on nonlinear magnetostatic spin waves in ferromagnetic films // Phys. Rev. B. 1998. — V.57, № 17. — P.10 667−10 673.
- Kindyak A.S., Scott M.M., Patton C.E. Theoretical analisis of nonlinear pulse propagation in ferrite-dielectric-metal structures based on the nonlinear Shroedinger equation with higher order terms // J. Appl. Phys. 2003. — V.93, № 8. — P.4739−4745.
- Borich M.A., Kobelev A.V., Smagin V.V., Tankeyev A.P. Evolution of the surface magnetostatic envelope solitons in ferromagnet-dielectric-metal structure //J. Phys.: Condens. Matter. 2003. — V.15. — P.8543−8559.
- Zaspel C.E., Mantha J.H. Evolution of solitons in magnetic films // Phys. Rev. B. 2001. — V.64. -P.644 161−644 165.
- Kalinikos B.A., Scott M.M., Patton C.E. Self-generation of fundamental dark solitons in magnetic films // Phys. Rev. Lett. 2000. — V.84, № 20. — P.4697−4700.
- Калиникос Б.А., Ковшиков Н. Г., Патон K.E. Наблюдение автогенерации темных солитонов огибающей спиновых волн в ферромагнитных пленках // Письма в ЖЭТФ. 1998. — Т.68, вып. З, — С.229−233.
- Scott M.M., Kostylev M.P., Kalinikos B.A., Patton C.E. Exitation of bright and dark envelope solitons for magnetostatic waves with attractive nonlinearity // Phys. Rev. B. 2005. — V.71. — 174 440 (1−4).
- Scott M.M., Fetisov Yu.K., Synogach V.T., Patton C.E. Suppression of microwave magnetic envelope solitons by continuous wave magnetostatic wave signals. //J. Appl. Phys. 2000. — V.88, № 7, P.4232−4235.
- Кокин A.B., Никитов C.A. Влияние непрерывной накачки на распространение солитонов огибающей магнитостатической волны //ФТТ. 2001. — Т.43, вып.5. — С.851−854.
- Filimonov Yu.A., R. Marcelli, Nikitov S.A. Non-linear magnetostatic surface waves pulse propagation in ferrite-dielectric-metal structure//IEEE Trans, on Mag.-2002.-V.38.-P.3105.
- Kolodin P.A., Kabos P., Patton C.E., Kalinikos В.A., Kovshikov N.G., Kostylev M.P. Amplification of microwave magnetic envelope solitons in thin yttrium iron garnet films by parallel pumping // Phys. Rev. Lett. 1998. -V.80, № 9, — P. 1976−1979.
- Костылев М.П., Калиникос Б. А. К усилению солитонов огибающей спиновых волн в ферромагнитных пленках // ЖТФ. 2000. — Т.70, вып.2. -С.136−138.
- Фетисов Ю.К., Пэттон К. Е. Солитоны магнитостатических волн в наклонно намагниченных пленках железо-иттриевого граната //Радиотехника и электроника. 2003. — Т.48, № 2. — С.210−221.
- Kalinikos В.А., Kovshikov N.G., Patton C.E. Self-generation of microwave envelope soliton trains in yttrium iron garnet thin films // Phys. Rev. Lett. -1998. V.80, № 19. — P.4301−4304.
- Kalinikos B.A., Kovshikov N.G., Patton C.E. Decay free microwave envelope soliton trains in yttrium iron garnet thin films // Phys. Rev. Lett. -1997. V.78, № 14. — P.2827−2830.
- Uehara M., Yashiro К., Ohkawa S. Magnetostatic surface wave envelope solitons in a periodic structure // Jpn. J. Appl. Phys. 1999. — V.38. — P.61−68.
- Малюгина M.A. Нелинейные магнитостатические волны в связанных ферромагнитных структурах // Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н. Саратов, 2004. 169с.
- Гуляев Ю.В., Бугаев А. С., Зильберман П. Е. и др. // Письма в ЖЭТФ. -1979. Т. 30, вып.9. — С.600.
- Бордман А.Д., Никитов С. А. // ФТТ. 1989. -Т.31, вып.6. — С.281.
- Ахманов С.А., Выслоух В. А., Чиркин А. С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: «Наука», 1988.
- Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М., 1973.
- Ландау Л.Д., Лившиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М., 1982.
- Виноградова М.Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П. Теория волн. М.: «Наука», 1990.
- Satsuma J., Yajima N. Initial value problems of one-dimensional self-modulation of nonlinear wavesin dispersive media // Prog. Theor. Phis. Suppl. 1974. — № 55. — P.284−306.
- Дудко Г. М. Эффекты самовоздействия магнитостатических волн в ферромагнитных пленках // Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н. Саратов, 2002 151с.
- Boardman A.D., Nikitov S.A., Xie К., Mehta H. Bright magnetostatic spin-wave envelope solitons in ferromagnetic films // JMMM. 1995. — V.145. -P.357−378.
- Медведев B.B., Фетисов Ю. К. Вопросы кибернетики. Устройства и системы. М.: МИРЭА, 1983. 171с.
- Барышев Д.А., Валявский А. Б., Вашковский А. В. и др.// РЭ. 1990. -Т.35, № 10. -С.2164−2171.
- Al. Галишников A.A., Дудко Г. М., Филимонов Ю. А. Солитоны поверхностных магнитостатических волн в структуре феррит-диэлектрик-металл // Радиотехника и электроника. 2004. — Т.49, № 2. -С.228 — 234.
- А2. G.M. Dudko, Y.A. Filimonov, A.A. Galishnikov, R. Marcelli, S.A. Nikitov «Nonlinear Schroedinger equation analysis of MSSW pulse propagation in ferrite-dielectric-metal structure"// JMMM. May 2004. — V.272−276, Part 2. -P.999−1000.
- A3. Галишников A.A., Кожевников A.B., Филимонов Ю. А. Компрессия прямоугольных импульсов в линейной диспергирующей среде // Известия ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. 2005. — Т. 13, № 12. — С.63−78.
- A4. Галишников A.A., Дудко Г. М., Филимонов Ю. А. Численное моделирование установления солитонного режима распространения импульсов магнитостатических волн // Известия ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. 2005. — Т.13, № 5−6. — С.113−122.
- А5. Галишников A.A., Кожевников A.B., Марчелли Р., Никитов С. А., Филимонов Ю. А. Распространение прямоугольных импульсов магнитостатических волн в пленках железоиттриевого граната // ЖТФ. -2006. Т.76, вып.5. — С.62−70.
- А7. Marcelli R., Nikitov S.A., Filimonov Yu.A., Galishnikov A.A., Kozhevnikov A.V., Dudko G.M. Magnetostatic surface waves bright soliton propagation in ferrite-dielectric-metal structure // IEEE Trans. Magn. 2006. — V.42. — N.7. -P.1785−1801.
- A9. Galishnikov A.A., Dudko G.M., Filimonov Yu.A. The peculiarities of magnetostatic wave soliton propagation in ferrite film. CP-4/14. Oct. 6−11.2003. — Ukraine, Crimea, Partenit International conference «Functional Materials», — p. 128.
- Особую благодарность хочется выразить всем сотрудникам лаборатории магнитоэлектроники СВЧ за активное обсуждение результатов на семинарах и их анализ, плодотворные идеи по дальнейшим исследованиям.
- Хочу поблагодарить также Мельникова Леонида Аркадьевича и Рыскина Никиту Михайловича за обсуждение результатов и помощь в их интерпретации.