Анотація до роботи:

Чамор Т.Г. Електромагнітно–спінові хвилі і коливання міліметрового діапазону в багатошарових структурах – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню електромагнітно–спінових хвиль і коливань в багатошарових структурах.

Експериментально вивчено особливості спектрів елементарних магнітних збуджень в епітаксіальних плівках одновісних гексаферитів в стані з циліндричною доменною структурою (ЦДС) і плоскопаралельною доменною структурою (ППДС) та в області насичення при нормальному намагнічуванні. Отримані експериментальні результати добре узгоджуються з розрахунковими.

В роботі досліджено вплив підкладки на параметри взаємодії плівок гексафериту барію з НВЧ полем, проведено порівняльний аналіз для плівок різних товщин.

Вперше виявлено гістерезис частотно–польової залежності феромагнітного резонансу (ФМР) в епітаксіальних плівках та монокристалічних пластинках барієвих гексаферитів. Показано, що в епітаксіальних плівках перехід з однодоменного в багатодоменний стан відбувається плавно, а в монокристалічних об’ємних зразках – стрибком. Це пов’язано з тим, що епітаксіальна плівка не є однозв’язною магнітною областю, а складається з окремих блоків, де зародження доменної структури (ДС) відбувається при різних значеннях зовнішнього магнітного поля. Тому характер частотно–польової залежності може слугувати параметром якості епітаксіальних плівок.

Вперше отримані спектри зв’язаних коливань в структурі епітаксіальна плівка гексафериту барію–підкладка з гексагалату стронцію, що добре узгоджуються з теорією гібридизації електромагнітних та магнітостатичних коливань Олда. Експериментально досліджено зміну ширини лінії ФМР в області гібридизації.

Створено і досліджено одно та двочастотні НВЧ резонатори, де в якості резонуючого елементу використано епітаксіальну плівку з ППДС та ЦДС. Запропоновані технічні рішення, які можуть бути застосовані при розробці невзаємних пристроїв, що працюють в міліметровому діапазоні довжин хвиль.

У висновках до роботи викладені найбільш важливі наукові та практичні результати досліджень особливостей електромагнітно-спінових коливань і хвиль у епітаксіальних плівках гексафериту барію.

1. Експериментально встановлено, що сумарне Н_а в епітаксіальних плівках на 0,5 – 1,0 кЕ менше ніж в об’ємних монокристалічних зразках гексафериту барію. Це пов’язано з впливом магнітострикційного механізму на величину константи кристалографічної анізотропії К₁ та перехідних шарів на межах підкладка-ферит та ферит – повітря в яких напрямок Н_а не співпадає з віссю легкого намагнічування. Проведена оцінка вкладу магнітопружної енергії сталих граток, зумовленої невідповідністю сталих граток епітаксіальної плівки та підкладки, до енергії магнітної кристалографічної анізотропії. З’ясовано, що в окремих зразках епітаксіальних плівок 2DН ФМР наближається до 2DН ФМР об’ємних монокристалічних пластинок. Наявність у епітаксіальних плівках діелектричної підкладки суттєво впливає на параметри поглинальних спектрів. Високоякісні плівки з шириною лінії ФМР, наближеної до параметрів об’ємних монокристалів (20-30 Е), можна буде отримати, удосконалюючи технологію вирощування монокристалів ГГС з меншою кількістю структурних дефектів та домішок, а також підвищенням якості поверхні, на яку нарощується плівка. Це підтверджується нашими експериментальними дослідженнями, де існує достатньо широкий розкид значень 2DН ФМР плівок, вирощених із тієї ж шихти при варіації температури чи часу осадження, при цьому величина Н_а, практично не залежить від вищевказаних параметрів і залишається постійною в межах конкретної серії.

2. Створення на основі гексафериту барію НВЧ пристроїв і розширення їх робочого діапазону частот від 14 до 100 ГГц, пов’язане з можливістю зміни полів одновісної анізотропії від 5 до 30 кЕ. Для цього використовують заміщені гексаферити барію. Експериментально показано, що в епітаксіальних плівках алюмозаміщених гексаферитів BaFe_12-xAl_xO₁₂ параметр заміщення х суттєво впливає на величину Н_а, що пов’язано з різним характером ходу залежностей величин К₁ та намагніченості М. При збільшенні х від 0 до 1,8 значення Н_а змінюється в межах від 17 кЕ до 27 кЕ, відповідно. Проведений аналіз підграткового вкладу при заміщенні іонів Fe³⁺ іонами Al³⁺ добре узгоджується з результатами експерименту. Таким чином, збільшуючи х можна одержати алюмозаміщені барієві гексаферити із значно збільшеним полем кристалографічної анізотропії та меншою намагніченістю насичення. Збільшення величини Н_а поряд з можливістю її плавної зміни дозволяє виростити матеріали заміщеного барієвого гексафериту з наперед визначеними характеристиками, тому це досить перспективний матеріал для просування в область більш високих частот. Разом з тим, необхідно відзначити, що із збільшенням х 2DН ФМР зростає і при х»2 перевищує 500 Е. Це не пов’язано з невідповідністю сталих граток плівки та підкладки, тому що при х»2 параметри граток BaFe_12-xAl_xO₁₂ та SrGa₁₂O₁₉ (ГГС) практично співпадають.

3. Експериментально виявлено різке збільшення величини поглинання НВЧ потужності в епітаксіальних плівках у порівнянні з монокристалічними зразками і встановлено, що це поглинання пов’язане з наявністю діелектричної підкладки, яка суттєво збільшує зв’язок феритової плівки з НВЧ полем. Показано, що поглинання лінійно збільшується при збільшенні товщини підкладки d>350-400 мкм, а при подальшому збільшенні спостерігається аномальний ріст інтенсивності поглинання. Аналогічні залежності від товщини підкладки спостерігаються також для резонансного поля та ширини лінії ФМР. Встановлено, що причиною аномального росту параметрів взаємодії є збудження зв’язаних ферит – діелектричних коливань при певних лінійних розмірах та товщинах підкладки (d>350-400мкм).

4. Проведено дослідження частотно–польових залежностей в епітаксіальних плівках гексафериту барію при нормальному підмагнічуванні в широкій області зовнішніх магнітних полів Н_о, які охоплюють всю доменну область та область насичення. Вивчення частотно-польових спектрів виконано для регуляризованих доменних структур в стані з ЦДС і ППДС. Визначено, що ширина лінії ФМР в доменній області не відрізняється від ширини лінії в області насичення. Вперше виявлено гістерезис частотно–польових залежностей при переході із однодоменного в багатодоменний стан. Показано, що в епітаксіальних плівках цей перехід відбувається плавно через її блочну структуру та велику кількість дефектів як у феритовій плівці, так і в підкладці. Для порівняння проведені експериментальні дослідження явища гістерезису і в монокристалічних пластинках, де на відміну від плівок, перехід в багатодоменну область відбувається стрибком. Характер переходу із однодоменного в багатодоменний стан може слугувати критерієм якості епітаксіальних плівок.

5. Виявлено, що при товщинах підкладки більше 350-400 мкм у епітаксіальних плівках відбувається гібридизація зв’язаних ферит–діелектричних коливань. Показано, що зв’язані ферит–діелектричні коливання супроводжуються виникненням забороненої зони та затягуванням частот, тобто, епітаксіальна структура є звичайним зв’язаним ферит–діелектричним резонатором міліметрового діапазону довжин хвиль. Експериментальні дослідження ширини лінії ФМР при зближенні резонансів показали різке її збільшення при скануванні полем (в декілька разів). Проведені порівняння одержаних експериментальних результатів з розрахованими по теорії зв’язаних коливань показали, що всі виявлені аномалії в поведінці ФМР добре пояснюються цією теорією. Цікаво відмітити, що ефекти гібридизації присутні тільки в областях однорідної намагніченості всього зразка тільки для гілки . В доменній області високочастотна гілка не взаємодіє з діелектричною резонансною гілкою .

6. На основі проведених експериментальних досліджень ФМР у епітаксіальних плівках і резонаторах на цих плівках встановлено, що на їх основі можна створити резонатори з ППДС та ЦДС, які працюють без прикладання зовнішніх магнітних полів та запропоновані технічні рішення „НВЧ резонатор” і „Двочастотний НВЧ-резонатор”.

Публікації автора:

1. Чамор Т.Г. Сучасний стан розвитку технологій створення високоанізотропних феритових матеріалів та методів дослідження їх магнітних властивостей // Вісник Київського університету. Серія: Фізико-математичні науки. – 2003. - № 1. - С. 299-306.

2. Зависляк И.В., Костенко В.И., Чамор Т.Г., Чевнюк Л.В. Ферромагнитный резонанс в эпитаксиальных пленках одноосных бариевых гексаферритов // Журнал технической физики – 2005. – Т.75, № 4. - С. 128-130.

3. Костенко В.І., Чамор Т.Г., Чевнюк Л.В. Феромагнітний резонанс в алюмозаміщених плівках гексафериту барію // Український фізичний журнал – 2005. – Т. 50, № 3. – С. 264-266.

4. Пат. 8549 Україна, МКИ 7Н01Р1/218: Двочастотний НВЧ-резонатор Пат. 8549 Україна, МКИ Н01Р1/218 В.І. Костенко, Т.Г. Чамор, Л.В. Чевнюк; Київський національний університет імені Тараса Шевченка. № 20041210968; // Бюлетень № 8; Заявл. 30.12.04; Опубл. 15.08.2005. - 4 с.

5. Chamor T.G., Zavislyak I.V., Kostenko V.I., Chevnyuk L.V. Prospects of uniaxial barium hexaferrite films application for millimeter band microwave techniques // Materials 2^nd International Conference on Physics of Electronic Materials (PHYEM’05). - Kaluga (Russia), 2005. - Vol. I. – P. 169-171.

6. Chamor T.G Zavislyak I.V., Kostenko V.I., Chevnyuk L.V. Ferromagnetic resonance features in the epitaxial films of barium hexaferrites // Proc. of the IV International young scientists’ conference on applied physics. 2004. - Kyiv. – P. 78-79.

7. Chamor T.G Zavislyak I.V., Kostenko V.I., Chevnyuk L.V. Crystallographic anisotropy in epitaxial films of uniaxial barium ferrites // Proc. of the IV International young scientists’ conference on applied physics. – Kyiv (Ukraine), -2004. – P. 80-81.

8. Зависляк И.В., Загородний В.В., Костенко В.И., Чамор Т.Г., Чевнюк Л.В. Резонаторы мм – диапазона на основе бариевого феррита с доменной структурой // Материалы 14 Международной конференции „СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии” (КрыМиКо’04).– Севастополь (Украина), – 2004. - С. 418-419.

9. Zavislyak I.V., Kostenko V.I., Chamor T.G., Chevnyuk L.V. Coupled ferrite-dielectric resonances in epitaxial barium ferrite films // Materials Moscow International Symposium on Magnetism M.V. Lomonosov Moscow State University, (MisM). - Moscow (Russia), - 2005. – P. 604-605.

10. Чамор Т.Г., Костенко В.И., Чевнюк Л.В. СВЧ измерения магнитного гистерезиса методом ферромагнитного резонанса в миллиметровом диапазоне длин волн // Материалы 15 Международной Крымской Микроволновой Конференции „СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии” (КрыМиКо’05). Севастополь (Украина), 2005. - С. 799.

11. Chamor T.G., Gorpynyuk A.Yu., Zavislyak I.V., Kostenko V.I., Chevnyuk L.V. Composite solid-state resonators based on single axis barium ferrite epitaxial films // Proc. of the I international conference „Electronics and applied physics”. – Kyiv (Ukraine), - 2005. P. 40-41.