научная статья по теме СВОЙСТВА НЕКОЛЛИНЕАРНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН В МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ Физика

Текст научной статьи на тему «СВОЙСТВА НЕКОЛЛИНЕАРНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН В МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 11, с. 1645-1647

УДК 537.624; 537.632

СВОЙСТВА НЕКОЛЛИНЕАРНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН

В МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ

Фрязинский филиал института радиотехники и электроники Российской академии наук

Описаны некоторые эффекты и явления, которые можно реализовать в ферритовых пленках, используя дипольные спиновые или магнитостатические волны.

Рассмотрим ферритовую пленку или пластину, расположенную в свободном пространстве. Введем декартову систему координат так, чтобы ось х была перпендикулярна плоскости пленки, ось г была направлена вдоль вектора касательного однородного магнитного поля Н0, а ось у была перпендикулярна вектору Н0. Поскольку вектор Н0 создает в пленке выделенное направление, при исследовании распространения и свойств магнито-статических волн (МСВ) весьма полезна аналогия с одноосным кристаллом.

Прежде чем приступить к изложению, уточним некоторые определения для анизотропной магнитной пленки. Будем называть оптической осью направление, в котором волновой вектор к и вектор

групповой скорости V коллинеарны для любой поляризации волны. Это определение исходит из симметрии свойств самой среды по отношению к волне. Обобщим также определения прямой и обратной волн на случай, когда векторы V и к не-коллинеарны. В изотропной среде "прямой" называют волну, у которой векторы V и к сонаправле-ны, а "обратной" - волну, у которой векторы V и

к направлены противоположно. В общем случае "прямой" следует считать волну, для которой скалярное произведение векторов (Vk) > 0, а "обратной" - волну, для которой (Vk) < 0. Эти формулировки применимы для определения характера волны в любой среде.

Многие свойства магнитостатической волны можно выявить с помощью изоэнергетических или изочастотных кривых. Так, ось у для поверхностной МСВ (ПМСВ) является оптической осью

(при распространении вдоль этой оси векторы V и

к коллинеарны) и осью симметрии (рис. 1), по-

скольку при отображении каждой точки изоча-стотной кривой ПМСВ относительно оси ку распределение магнитного потенциала ¥(х) в симметричной точке не меняется. Ось г по отношению к ПМСВ обладает антисимметричными свойствами, поскольку при отображении каждой точки изоча-стотной кривой ПМСВ относительно оси кг распределение магнитного потенциала ¥(х) в симметричной точке меняется - ПМСВ, соответствующая симметричной точке, оказывается локализована у противоположной поверхности пленки. Для обратной объемной МСВ (ООМСВ) оптической осью является ось г (рис. 1), а свойства симметрии осей г и у по отношению к ООМСВ такие же, как и по отношению к ПМСВ (как выяснилось, некол-линеарная ООМСВ так же, как и ПМСВ, обладает свойством невзаимности, что описано в [1]). Таким образом, касательно намагниченная ферри-товая пленка имеет антисимметричную оптическую ось по отношению к ООМСВ (ось г) и симметричную оптическую ось по отношению к ПМСВ (ось у).

При неколлинеарном характере МСВ важно знать ориентации вектора групповой скорости (угла у между вектором V и осью у) и волнового вектора (угла ф между вектором к и осью у). Для ПМСВ зависимость у(ф) монотонная и взаимнооднозначная, а для ООМСВ - немонотонная и может иметь два экстремума, поэтому при распространении ООМСВ может возникать ситуация, когда в одном и том же направлении распространяются два луча, различающиеся направлением и величиной вектора к (рис. 2; например, луч, распространяющийся в направлении у = -60°, может иметь ф = 54° или 85°).

Рассмотрим теперь характерные особенности отражения МСВ. Пусть луч МСВ падает на плоское зеркало (прямолинейный край ферритовой пленки). В зависимости от угла между оптической осью среды и нормалью к плоскости зеркала можно выделить несколько характерных типов отра-

ВАШКОВСКИЙ и др.

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500

Рис. 1. Изочастотные кривые для МСВ в ферритовой пленке толщиной я = 10 мкм и намагниченностью насыщения 4пМ0 = 1750 Гс при внешнем поле Я0 = 300 Э: 1 и 2 - для ПМСВ с частотой/ = 2800 МГц, 3 и 4 - для ООМСВ с частотой / = 2120 МГц. Показаны ориентации двух произвольных пар векторов V и к.

-30 -60 -90 -120 -150 -180

1 1 1 1 1 1 1 \ \ \ \ \ 1

90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180

Рис. 2. Зависимости ориентации групповой скорости V от ориентации волнового вектора ф в ферритовой пленке с ^ = 10 мкм, 4тсМ0 = 1750 Гс и Н0 = 300 Э: 1 - для ПМСВ с / = 2800 МГц (соответствует кривой 1 на рис. 1), 2 - для ООМСВ с/ = 2120 МГц (соответствует кривой 3 на рис. 1).

жения, различающихся по взаимному расположению падающего и отраженного лучей. Когда оптическая ось совпадает с нормалью к плоскости зеркала, свойства среды слева и справа от нормали

симметричны, отражение происходит по закону Евклида: угол падения равен углу отражения. При отклонении оптической оси от нормали волновые свойства среды относительно нормали оказываются несимметричными. Это приводит к тому, что угол отражения становится не равен углу падения [2]. При дальнейшем отклонении оптической оси возникает обратное (или отрицательное) отражение, причем наиболее необычна ситуация, когда при косом падении на зеркало отраженный луч уходит в направлении, противоположном падающему лучу. При сильном отклонении оптической оси от нормали лучи прямой неколлинеарной волны, падающие на зеркало в широком секторе (40°-45°), отражаются в узкий сектор (2°-3°), т.е. плоское зеркало собирает отраженные лучи в узкий пучок. При дальнейшем отклонении оптической оси возникает ситуация, когда нормаль к плоскости зеркала совпадает с асимптотой к изочастотной кривой ПМСВ; в этом случае любой луч, под каким бы углом он ни падал на плоскость зеркала, не дает отражения. Это объясняется тем, что вторая ветвь изочастотной кривой лежит по другую сторону асимптоты и не существует отраженных лучей, удовлетворяющих граничным условиям на поверхности зеркала. Отметим, что при отражении ООМСВ от плоского зеркала может возникать два отраженных луча [1]. Все описанные выше эффекты наблюдались экспериментально.

Исследуя отражение волн, следует также иметь в виду, что в отличие от изотропных сред, где не имеет значения, каким способом изменяют угол падения волны на плоское зеркало - путем поворота зеркала или путем поворота возбуждающей антенны, в случае анизотропной ферритовой пленки эти два способа приведут к совершенно различным результатам, поскольку ориентация зеркала или ориентация антенны будут изменяться еще и относительно оптической оси. Очевидно, что при повороте зеркала параметры падающей

волны (длина волны Х1, волновой вектор к1, групповая скорость Vl и связанные с ними углы ф1 и V/) остаются постоянными, тогда как при повороте антенны параметры падающей волны будут различными для каждого нового значения угла падения (из-за того, что ориентации векторов кг и

Vl будут меняться по отношению к оптической оси).

Анализ отражения луча от произвольно ориентированного плоского зеркала позволяет представить, как будет отражаться плоская волна от круглой неоднородности (в эксперименте это может быть просто отверстие в пленке). Если края неоднородности гладкие, а размер много больше длины волны, то отражение от нее будет происходить, как от зеркала. При падении на круглое зеркало

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 № 11 2007

СВОЙСТВА НЕКОЛЛИНЕАРНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН

коллинеарной волны ближняя дуга окружности даст обратное отражение, собирающееся в некое подобие "узла" на оси у, а часть окружности, расположенная с боков, даст отражение по направлению падающей волны [3]. Оказывается, можно сфокусировать в одной точке часть лучей, отраженных обратно. Для этого необходимо придать границе не форму дуги окружности, а искривить поверхность зеркала более сложным образом. Расчет и эксперимент продемонстрировали, что диаметр фокального пятна может быть доли миллиметров. Причем фокусировать лучи можно и полосковым возбудителем, придав ему необходимую форму. Примечательно, что фокусировка лучей МСВ осуществляется выпуклой поверхно-

стью, а не вогнутой, как в электродинамике изотропных сред.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ, проект № 07-02-00233 и РНП, проект № 2.1.1.4639.

1. Вашковский A.B., Локк Э.Г. // Успехи физ. наук. 2006. Т. 176. № 4. С. 403.

2. Вашковский A.B., Зубков В.И. // РЭ. 2003. Т. 48. № 2. С. 149.

3. Вашковский A.B., Зубков В.И. // РЭ. 2005. Т. 50. № 6. С. 670.

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 < 11 2007

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎