ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Теоретичні та експериментальні дослідження електродинамічних властивостей середовищ є актуальними задачами радіофізики. Зокрема, високочастотні властивості таких середовищ як магнітовпорядковані кристали цікаві, в першу чергу, завдяки тому, що в них можуть існувати спінові збудження (хвилі та коливання), дослідження яких становлять як фундаментальний, так і прикладний інтерес. Коло матеріалів, в яких можуть існувати такі збудження, в останній час розширюється за рахунок надрешіток, багатошарових та неоднорідних структур, у тому числі і наноструктур, до складу яких входить феромагнетик.

Властивості магнітовпорядкованих речовин дозволяють їм також виступати як середовище для нелінійних та параметричних явищ при взаємодії спінових хвиль між собою чи з електромагнітними хвилями. Завдяки особливій залежності тензора магнітної проникності від частоти вони можуть бути складовою частиною метаматеріалів – штучних середовищ з незвичайними характеристиками.

У феромагнетиках, за певних умов, можуть поширюватися дипольні спінові хвилі, що отримали назву „магнітостатичні хвилі” (МСХ). Ці хвилі мають ряд властивостей, які суттєво відрізняють їх від звичайних електромагнітних хвиль. Перевагами МСХ відносно інших типів хвиль НВЧ–діапазону є: широкий діапазон частот (1-110 ГГц), можливість електричної перебудови частоти шляхом зміни зовнішнього сталого магнітного поля, відносно низька групова швидкість, можливість керування дисперсією за рахунок зміни геометричних розмірів хвилеводу чи резонатора, невеликі втрати, прості способи збудження та реєстрації.

Для електродинаміки і техніки як НВЧ, так і оптичного діапазонів значний інтерес, зокрема, становлять еліптичні хвилеводи і резонатори, які займають проміжне положення між своїми аналогами круглого та прямокутного перерізу. В них, на відміну від круглої геометрії, знімається азимутальне виродження власних хвиль і коливань, фіксується поляризація, розширюється робочий частотний діапазон хвилеводів, розріджується спектр резонаторів.

Всебічне аналітичне дослідження резонатора у формі циліндра чи трубки еліптичного перерізу дозволить додати до класичних видів магнітостатичних резонаторів, для яких спектральна задача розв’язана точно (еліпсоїд обертання та круглий циліндр), нові типи резонаторів, що можуть використовуватися як модельні при розв’язку широкого класу теоретичних та експериментальних задач.

Перспективними матеріалами для виготовлення магнітостатичних резонаторів є епітаксійні плівки. За якістю ці плівки близькі до монокристалів, яким властиві найкращі релаксаційні параметри. Оскільки ці плівки досить поширені та технологія їх виготовлення добре освоєна, то дослідження дисперсійних характеристик та релаксаційних параметрів МСХ становить особливий інтерес саме в таких плівках.

Мініатюризація магнітних запам’ятовуючих пристроїв та сенсорів викликає зростаючий інтерес до структурованих магнітних плівок. Прогрес, досягнутий у технологіях літографії, робить можливим виготовлення високоякісних магнітних структур із чітко контрольованими розмірами, таких як точки та дроти мікронного та субмікронного розмірів. Хоча статичні властивості таких об’єктів достатньо добре вивчені, їх високочастотні динамічні властивості зараз інтенсивно досліджуються. У випадку, коли розміри об’єкта стають співвимірними з довжиною спінової хвилі, відбуваються значні зміни у спектрах коливань внаслідок ефектів квантування. Дослідження спінових хвиль і коливань - це потужний метод вивчення динамічних властивостей як магнітних середовищ взагалі, так і просторово структурованих об’єктів зокрема.

Відомо, що, на відміну від порожнистих металевих та діелектричних резонаторів, у феритових резонаторах нелінійні властивості фериту призводять до параметричного збудження спінових хвиль (ПЗСХ). Це явище може обмежувати сферу їхнього застосування (оскільки ПЗСХ супроводжується зменшенням власної добротності резонатора) або, навпаки, лягти в основу нелінійного пристрою, наприклад, обмежувача потужності. Зокрема, при поперечній накачці параметричні процеси розпочинаються вже при відносно малих потужностях НВЧ поля. Дослідження порогових умов дозволяє створити підґрунтя для вибору: або уникати параметричних процесів там, де вони не потрібні, або, навпаки, створювати передумови для них там, де вони необхідні.

Найбільш поширені (111) плівки залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ) мають тригональну симетрію, і енергія анізотропії може бути представлена як сума кубічної анізотропії і одновісної анізотропії. Розвиваючи теорію параметричного збудження в напрямку одночасного врахування і кубічної, і одновісної анізотропій, маємо можливість поширити отримані результати на аналіз нелінійних явищ у феритах як з кубічною, так і одновісною анізотропією, і проводити коректні оцінки релаксаційних властивостей спінових хвиль, виходячи із порогової потужності ПЗСХ, яку зручно визначати експериментально.

Актуальність теми зумовлена необхідністю розробки нових ефективних аналітичних методів аналізу двовимірних електродинамічних задач і нових підходів до створення елементної бази НВЧ-електроніки; підвищеним фундаментальним і прикладним інтересом до наноструктур; потребами поглибленого розуміння фізичних властивостей відомих матеріалів, розвитку методів їх діагностики та атестації.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота над дисертацією була виконана в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка в межах держбюджетної науково-дослідної теми 01БФ052-09 „Надвисокочастотні та лазерні інформаційні технології” (номер держреєстрації 0101U002970).