Анотація до роботи:

Чевнюк Л.В. Розповсюдження спінових хвиль в епітаксіальних плівках залізо-ітрієвого гранату. – рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2004.

В дисертаційній роботі наведені результати досліджень розповсюдження спінових хвиль (СХ) в епітаксіальних плівках (ЕП) залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ). Розроблено методику локального дослідження параметра затухання спінових хвиль на основі діелектричного резонатора. Показано, що при температурах нижче 100 К робота приладів спінхвильової електроніки НВЧ на основі ЕП ЗІГ з підкладкою з галій гадолінієвого гранату буде мало ефективне через різке збільшення затухання СХ в підкладці. Досліджено вплив різних механізмів провідності які існують в ЕП ЗІГ на розповсюдження СХ в них. Вивчено вплив легування об’ємного в процесі вирощування плівок та термодифузійного іонами галію та кремнію на затухання СХ. Запропоновано конкретне використання легування в приладах спінхвильнової електроніки НВЧ. З’ясовано вплив температури та штучно створених пружних напруг на зміщення спектрів магнітостатичних хвиль, що дало можливість створити термостабільний НВЧ елемент на основі ЕП ЗІГ.

1. Специфіка технології вирощування ЕП ЗІГ приводить до суттєвої різниці їх параметрів від об’ємних монокрісталічних зразків. Тому існуючі методики для дослідження релаксаційних параметрів об’ємних зразків ЗІГ, застосувати для локального неруйнівного дослідження ЕП ЗІГ не можливо. Розроблено методику локального дослідження параметра затухання СХ в планарних структурах на основі ДР. В ДР концентрація НВЧ поля на три порядки більша, ніж в ОР, це дозволяє досягати порогових полів збудження СХ при порівняно з ОР невеликими потужностями НВЧ накачки. Крім цього на відміну від ОР, в якому всі внутрішні поверхні являються відбиваючими для його НВЧ поля, в ДР змінна магнітна компонента його НВЧ поля частково проникає на зовні через торцеві стінки, що і являється основою методики. Локальність вимірювань забезпечується малими розмірами ДР (діаметр » 3 мм, при e НВЧ кераміки » 80). Створено експериментальну установку для локального неруйнівного контролю НВЧ втрат в ЕП ЗІГ.

2. При зниженні температури парамагнітна сприйнятливість ГГГ зростає, по закону Кюрі, більше чим на порядок. Показано, що підкладка з ГГГ збільшує параметр затухання спінових хвиль DН_k, внаслідок парамагнітного поглинання в підкладці, пропорційно збільшенню парамагнітної сприйнятливості. Експериментальні дослідження затухання СХ проводились для складених структур пластинка ЗІГ і пластинка з ГГГ. Ці дослідження показали, що при температурах нижче 100 К робота НВЧ приладів на основі ЕП ЗІГ буде малоефективною, через різке збільшення затухання СХ в парамагнітній підкладці.

3. Провідність монокристалічних зразків ЗІГ становить 10^-9-10^-12 (Омсм)^-1 і не впливає на затухання СХ в них. В ЕП ЗІГ провідність на 5-6 порядків більше ніж в об’ємних монокристалічних зразках. Це пояснюється тим, що в процесі епітаксіального вирощування в їх кристалеву гратку через швидкий ріст (на порядок більший, чим об’ємних зразків) проникають не контрольовані домішки, іони свинцю та платини з розплаву, а також іони галію з підкладки. Встановлено, що параметр затухання СХ DН_k в них збільшується за рахунок електричних джоулевих втрат, на 0,05-0,1 Е, не залежно від хвильового вектора k, при цьому, основним механізмом релаксації в частині DН_k, яка залежить від k, є трьохмагнонний процес злиття. Це необхідно враховувати при створенні НВЧ приладів на ЕП ЗІГ.

4. Показано, що збільшення провідності шляхом об’ємного легування ЕП ЗІГ іонами галію, при епітаксіальному рості в межах легування Y₃Fe_5-x Ga_xO₁₂ 0 < x < 0.5 практично не приводить до збільшення DH_k. Це дає можливість одержати ЕП ЗІГ з широким спектром намагніченості 500 – 1750 Гс, і таким чином розширити частотний діапазон роботи приладів спінхвильової електроніки НВЧ побудованих на цих плівках.

5. Вже в процесі епітаксіального вирощування плівок ЗІГ відбувається термодифузія іонів галію з ГГГ підкладки в плівку ЗІГ, що створює магнітні неоднорідності, які впливають на згасання СХ. Це потрібно враховувати проводячи технологічні обробки ЕП ЗІГ при високих температурах (іонна імплантація, напилення антен та інше). Термодифузійне легування ЕП ЗІГ кремнієм шляхом високотемпературного відпалу 950C < T <1050 C в дрібнодисперсному порошку оксиду кремнію, при якому одночасно відбувається і термодифузія іонів галію з підкладки, різко збільшує DH_k. Цей ефект практично застосований для створення поглиначів паразитних шумових МСХ в НВЧ приладах.

6. За рахунок магнітопружних взаємодій при деформації плівок в них індукуються одновісні поля магнітної анізотропії, внаслідок якої змінюється величина внутрішнього магнітного поля. Показано, що зміщення спектрів ПМСХ за рахунок індукованих полів є пропорційним до величини пружних напруг. Розроблено оригінальні засоби для створення пружних напруг в плівкових зразках, які зміщують спектри ПМСХ і не спотворюють НВЧ сигнал, що передається ними. Шляхом створення пружних напруг компенсується температурне зміщення робочих частот приладів спінхвильової електроніки НВЧ. За допомогою пружних напруг, які створюються біметалевою пластинкою температурне зміщення робочої частоти макету (лінії затримки НВЧ сигналу) зменшено на порядок, а за допомогою бі-діелектричної пластини зменшено в 3 рази.