Високочастотне електромагнітне збудження звуку в провідних та магнітних структурах

У роботі були використані зразки FeBO₃, вирощені на фізичному факультеті ТНУ ім. В. І. Вернадського в лабораторії росту кристалів. Образи були базисними монокристалічними пластинками високої структурної досконалості, вирощеними за технологією, заснованою на методі синтезу з розчину в розплаві. Друга група зразків - "ізометричні" монокристали борату заліза. Вони синтезуються з газової фази у вигляді природно огранованої правильної гексагональної призми.

У тригональних АФ, до яких належить борат заліза, релятивістська магнітострикція знімає звиродніння швидкостей поперечного звуку, що поширюється уздовж головної осі симетрії кристала С₃. Дві ортогонально - поляризовані поперечні пружні моди з хвилевими векторами та розділяються по їх зв'язку із спіновими збудженнями (СЗ) на м'яку магнітопружну - моду, лінійно пов'язану з нижньою гілкою СЗ і на жорстку "немагнітну" - моду. Симетрійно - мода пов'язана з високо лежачою гілкою СЗ, вклад якої в АФ добавки до модуля пружності менше, ніж для моди в раз, де та - частоти однорідного антиферомагнітного резонансу нижньої і верхньої гілок СЗ, відповідно. При в FeBO₃ 10^-4 і це дозволяє нехтувати пом'якшенням - моди, в порівнянні з модою, відносячи - коливання до чистих, тобто що не містять домішки магнітної компоненти. Відсутність залежності швидкостей немагнітної моди від , звичайно прийнята a - prioiri, до теперішнього часу не перевірялася. У методиці, заснованій на спостереженні зрушення частоти акустичних резонансів Фабрі-Перо (n - порядок резонансу) в магнітному полі, паралельному площині пластини, проведено дослідження поведінки обох мод та поперечних акустичних коливань АФ базисної пластини FeBO₃ [13]. При зменшенні зовнішнього поля від 1 кЭ до 40 Э спостерігається зрушення частоти не лише "магнітної" моди -, але й "немагнітної" -. Причому, при 20%. Показано, що причина пом'якшення жорсткої пружної моди - її зв'язок з нижньою гілкою СЗ за рахунок п'єзомагнітних (ПМ) членів в магнітопружній енергії . З рівняння руху для вектору пружних вміщень знаходяться ПМ добавки до пружного модуля , для моди , залежні від магнітного поля, і моди . Добавка для - моди виявляється істотною через посилюючу дію поля Дзялошинського. Іншими словами, при обліку впливає на акустичні характеристики АФ так само, як в стрикційному наближенні. Навпаки, ПМ добавка для - моди лише трохи перенормує її швидкість. З урахуванням даних експерименту зроблена оцінка величини ПМ постійної в FeBO₃:

4,2 Ч 10⁷ ерг/см³

де - стрикційна МУ постійна.

Далі приведені результати першого спостереження магнітного двопроменезаломлення (ДП) звуку в "ізометричному" зразку FeBO₃ [14]. ДП звуку пов'язане з магнітними добавками в полі H, які придбавають модулі пружності, розглянуті вище. Завдяки магнітному ДП, лінійно - поляризована звукова хвиля на вході в кристал перетвориться в еліптично - поляризовану - на виході. Осциляції еліптичності, що виникають при зміні, призводять до осциляцій амплітуди звуку, які реєструються приймальним п'єзоелементом. Ці осциляції несуть інформацію про величину ефективних МУ полів, що визначають динамічну МУ взаємодію в кристалі. У найбільш простому випадку для опису ефекту досить розглянути магнітострикційний зв'язок акустичної хвилі з нижньою гілкою СВ. Теорію явища побудував Туров ^[6] , а Гакель ^[7] раніше спостерігав подібні осциляції в монокристалах карбонату марганцю, що має ту ж, що і борат заліза кристаломагнітну структуру. Далі іменуватимемо дані осциляції звуку в АФ на ім'я їх перших дослідників - осциляціями Гакеля - Турова (ОГТ).

Зразок мав форму пластини, завтовшки = 1,20 мм і поміщався між двома лінійно - поляризованими п'єзоперетворювачами. Ці осциляції не є шумом, оскільки зупинка протягання магнітного поля призводила до їх зникнення. У обговоренні результатів розглянуті декілька можливих механізмів, що дають розбіжність теорії і експерименту. Зроблений висновок про необхідність ускладнення моделі ОГТ, що пов'язаний з урахуванням можливих наслідків наведеної базисної магнітної анізотропії і механічних граничних умов, що накладаються на "ізометричний" зразок борату заліза.

У наступному підрозділі розглянута модель наведеної базисної анізотропії [15]. Ця модель, у рамках зроблених припущень, дозволяє поліпшити узгодження з експериментом з ДП. Внаслідок сильного МУ зв'язку у бораті заліза облік механічних граничних умов при аналізі магнітного стану зразка є необхідним врахуванням. Ростова напруга і інші дефекти в "ізометричних" кристалах борату заліза можуть також давати свій внесок в магнітну анізотропію. Суть моделі полягає в тому, що граничні умови приводять до появи просторово неоднорідної одноосьової магнітної анізотропії, яка максимальна на базисних гранях кристала, що контактують з п'єзоперетворівачами, і убуває уздовж осі z(||C₃) до його центру. Ця анізотропія залежить від координат і викликана просторово неоднорідними статичними деформаціями кристала. У рамках цієї моделі зовнішнє магнітне поле , довільно орієнтоване у базисній площині, призводитиме до просторово неоднорідного розподілу намагніченості по товщині кристала. Додаток у магнітній енергії кристала (де - приведений вектор АФ) описує магнітну анізотропію, пов'язану з механічними граничними умовами, а константа анізотропії залежить лінійно від координати z: (- паралельна легкій осі для у базисній площині, Q₁ і Q₂ - параметри). У цих припущеннях проведено чисельне моделювання амплітуди звуку на виході зразка A_?. Оптимізація параметрів завдання призводить до залежності A_?(H). При цьому параметри Q₁ = 1,110³эрг/см³, Q₂ = 13,510³эрг/см⁴ визначаються практично однозначно. Подальше ускладнення моделі ОГТ пов'язане з поясненням тонкої структури осциляцій [16, 17]. Для розрахунку кривих А (Н) і А_II(Н) з тонкою структурою базисно- анізотропна модель ОГТ доповнювалася наступними припущеннями. "Ізометричний" кристал FeBO₃ містить внутрішні блоки, паралельні базисній площині, що підтверджується структурними дослідженнями. Блоки відокремлені межами, що мають відносно великим коефіцієнт відбиття звуку. Внаслідок цього, маємо прояв двох ефектів - ДП і акустичного розмірного резонансу Фабрі-Перо. Розрахунок проведений з урахуванням трьох блоків. Значення параметрів були наступні: = 0,93; S_B = 0,32; d_B1 = 0,62d; d_B2 = 0,68d; d_B3 = 0,74d (тут - коефіцієнт відбиття від межі блоку; S_B - доля площі внутрішнього блоку від площі апертури звуку у базисній площині; d_B - товщина блоку). Міра регулярності та період тонкої структури в розрахунку та експерименті близькі один до одного. Для адекватного опису тонкої структури ОГТ досить розглянути поширення акустичної хвилі в кристалі, що містить три блоки. Далі розглянутий вплив ефекту Баркгаузена - нерівномірного необоротного руху доменних меж при зміні магнітного поля, що дає розбіжності теорії та експерименту на початковій ділянці кривих ОГТ. Показано, що його впливу може виявитися цілком достатнім для того, щоб дещо змінити характер тонкої структури кривої U(Н) [17]. Для кількісних оцінок розглянутий домен як тонкий шар, що примикає до межі блоку, який намагнічується за допомогою дискретного обертання вектору намагніченості. Цей процес еквівалентний стрибкам доменної стінки крізь домен. Далі приведені результати вивчення особливостей АЧХ "ізометричних" зразків борату заліза при поширенні в ньому поперечної звукової хвилі [18-20]. Виміри (160-200 Мгц ) проводилися у відсутність зовнішнього магнітного поля (Н=0). В експериментах використовувався той же зразок, на якому були отримані криві ОГТ в магнітному полі - пластинка FeBO₃. В результаті проведеного експерименту отримана крива АЧХ U_||(щ), де спостерігається тонка структура, що не є шумом. При обчисленні А_II() послідовно розглянуті випадок базисної анізотропії, а потім розглянута модель дефектної структури реального кристала, яку ми застосовували для пояснення тонкої структури ОГТ. Істотно відмітити, що тут використовувалася та ж триблокова модель і з тими ж значеннями параметрів с, d_B, S_В, що і для магнітопольовій залежності ОГТ. Для смуги пропускання п'єзоперетворювачів у вигляді кривої Гауса (де та - параметри) отримана таким чином розрахункова крива АЧХ відбиває основні закономірності експерименту.

У сьомому розділі наводяться результати досліджень ЕМЗЗ у бораті заліза в довгохвильовій області гіперзвукових частот [21, 22]. У пластинці борату заліза при , де - змінна, а - статична компонента магнітного поля, раніше вдавалося збуджувати тільки моду поперечних акустичних коливань на низьких частотах. В усіх випадках ефект зв'язувався з релятивістською магнітострикцією, що дає добавку до енергії F_me, залежну від комбінації з компонент АФ вектору - . У цьому наближенні в силу малості зв'язком подовжньої пружної моди з магнітною системою нехтують, як і у разі "немагнітної" - моды (див. розд.6). ПМ визначає ще одну добавку до МУ енергії - , яка дає лінійний зв'язок намагніченості з подовжньою деформацією . Лінійна генерація подовжнього звуку у бораті заліза раніше не спостерігалася. Експерименти по генерації звуку проведені на тонких базисних пластинках борату заліза завтовшки 50 мкм, в імпульсному режимі генерації із застосуванням сапфірової лінії затримки. На рис.6 а, б показана залежність амплітуди генерованих акустичних імпульсів подовжньої поляризації від поля підмагнічування H для випадкута . Генерація подовжнього звуку і її придушення полем H спостерігалася в інтервалі температур 300 К - 77 К. У разі генерації поперечного звуку в досліджуваному інтервалі полів H та геометрії досвіду виявлений ефект ОГТ, розглянутий в 6 розділі. Показано, що при збудженні звуку поперечної поляризації, завжди переважає стрикційний механізм генерації.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.6. Польова залежність амплітуди генерованого звуку подовжньої поляризації U(H) при Т= 77 К, f = 226 МГц: а) ; б) . На вставці приведена друга похідна сигналу S = d²U(H)/dH².

Експеримент рис.6 свідчать про виявлення в FeBO₃ ПМ генерації подовжнього звуку 180-градусною блохівською доменною межею (ДМ). У умові д < л/2 (де д ~звуку 180-градусною блохівською доменною межею (ДМ). У умові д < л/2 (де д ~ 2мкм - товщина ДМ, л/2 ? 18,3мкм), для моделі однієї 180-градусної ДМ (2-х доменний зразок), в доменах виникає сила пружної напруги ~ Л[ ], лінійна по зовнішньому полю . Оскільки в ДМ ортогональність вектору і вектору поля порушується, відгук на полі домена і ДМ різний, що призводить до деформації ДМ - e_zz2Л[/ C₃₃. У змінному полі ДМ пульсуватиме з частотою поля, що призводить до збудження звуку, що поширюється в перший і другий домен. Вивчені періодограми U(ДH) для подовжнього звуку і показано, що компоненти сигналу генерації з періодом ДH?15 Э, можуть бути пов'язані з акустичним відгуком ДМ, що дрейфує в полі H. магнітний діелектрик вольфрам

У восьмому розділі описані результати вивчення поширення подовжньої пружної хвилі у базисних пластинках монокристала FeBO₃ при його намагнічені, в геометрії || C₃ [23 - 25].

Обґрунтований і описаний метод резонансних вимірів малих змін поглинання і дисперсії швидкості об'ємних акустичних хвиль в тонких монокристалах борату заліза з d ~ 100 мкм, заснований на застосуванні складеного акустичного резонатора в схемі стандартного резонансного інтерферометра. На основі запропонованої моделі САР проведено чисельне моделювання вимірів поглинання і дисперсії швидкості звуку. Цей метод забезпечує точність відносних вимірів варіації швидкості звуку ~10^-5, а поглинання ~ 10^-3 на частоті f ~ 200 Мгц [23].

У наступному підрозділі описані результати вивчення амплітуди і фази коефіцієнтів проходження подовжньої акустичної хвилі в циклі намагнічування зразка завтовшки d ? 140 мкм [24]. Запропонована фізична модель виникнення магнітоакустичних резонансів, заснована на гіпотезі про резонансну взаємодію подовжнього звуку з магнітною модуляційною структурою (ММС) FeBO₃, при виконанні умови 2D ~ 2р/q (де 2D - період ММС уподовж C₃) ^[8]. В умовах сильного МУ зв'язку джерелом виникнення ММС є механічне навантаження зразка, що призводить до його неоднорідних статичних деформацій уздовж осі C₃, а також неоднорідні вздовж цієї осі динамічні деформації решітки (пучності та вузли) в стоячій звуковій хвилі. На основі запропонованої моделі проведено чисельне моделювання взаємодії подовжнього звуку з ММС, результати якого знаходяться в хорошій якісній згоді з експериментом.

У завершальному підрозділі приведені результати вивчення еволюції магнітопольових залежностей амплітуди U(H)/U(0) і фази Ш(H) -Ш(0) коефіцієнта проходження звуковою хвилею кристала FeBO₃, при зміні напряму зовнішнього магнітного поля , що лежить у базисній площині зразка в геометрії || C₃ [25]. В умовах одного досвіду змінювалася орієнтація вектору магнітного поля у базисній площині зразка по азимуту в інтервалі 0^о - 180^о з дискретним кроком Д = 5^о. Відлік кута орієнтації магнітного поля робився від напряму ₊ С₂, де - одиничний вектор, паралельний базисній площині.

Висновки

У дисертаційній роботі представлено вирішення важливої наукової проблеми - визначенні основних фізичних механізмів і закономірностей, що лежать в основі конверсії електромагнітних і акустичних хвиль в структурах, що проводять, і магнетиках, а також встановленні особливостей, які супроводжують процес збудження і розповсюдження звуку в довгохвильовій області частот гіперзвукового діапазону.

Комплекс проведених експериментальних досліджень дозволив виявити ряд нових, раніше не відомих ефектів поширення і електромагнітної генерації високочастотних пружних коливань в досліджуваних об'єктах.

Приведемо головні висновки дисертації:

1. На частотах 400ч600 Мгц, при Т= 4,2 К, в умовах сильної просторової і часової дисперсії, виявлений і вивчений ефект електромагнітного збудження поперечного звуку в пластині надчистого металу W із складним законом дисперсії електронів, пов'язаний з деформаційним механізмом взаємодії електронів з коливаннями решітки.

2. Вперше експериментально встановлено, що в нормальному до поверхні зразка вольфраму магнітному полі сигнал ЕМЗЗ є інтерференцією акустичних коливання двох типів: звукової моди, що поширюється із швидкістю звуку в металі і швидкої звукової моди, фазова швидкість якої дорівнює ферміївській швидкості електронів провідності .

3. Вперше експериментально виявлений ефект аномальної прозорості металу, який пояснений збудженням довгохвильової електромагнітної моди, що поширюється із швидкістю близької до ферміївської швидкості електронів. Збудження такої моди пов'язане з наявністю груп електронів на ділянках ПФ W, що мають локальні сплощення.

4. У нелокальній межі, в нормальному до поверхні зразка W магнітному полі, вивчена лінійна електромагнітна генерація подовжнього звуку в умовах поперечного накачування. Показано, що ефект генерації подовжнього звуку обумовлений анізотропією енергетичного спектру електронів і тензора деформаційного потенціалу носіїв заряду, що належать дірковим еліпсоїдам, які розташовані в точках N зони Бриллюена.

5. Вперше, в нелокальній межі виявлений ефект нелінійної генерації звуку подовжньої поляризації на подвоєній частоті (346 Мгц) електромагнітного поля поперечного накачування. Ефект обумовлений самовпливом змінного магнітного поля накачування на збуджуваний їм струм в скін - шарі. Виявлена зміна режимів нелінійності: від слабкої- до сильної та перехідна область, де параметр нелінійності ~ 1, що знаходиться в якісній згоді з пророцтвами теорії.

6. Вперше виявлений і вивчений ефект електроакустичної конверсії в SiGe/Si ГС з квантовою ямою. На частоті 225 Мгц вивчена температурна залежність ефективності електроакустичної конверсії в когерентно напружених Si_{1 - x} Ge_x/Si ГС. Встановлено, що температурна залежність визначається параметрами зразка і просторовим розподілом електричного поля, що збуджує звук.

7. Вперше в SiGe/Si ГС виявлений "ефект поля", що полягає у суттєвому збільшенні амплітуди генерованого звуку при додатку зворотного електричного зміщення до зразка і обумовлений зменшенням концентрації носіїв заряду квантової ями.

8. Запропонована модель електроакустичної конверсії в ГС з модуляційним легуванням. У цій моделі проведений розрахунок температурної залежності амплітуди генерованої подовжньої звукової хвилі, що знаходиться в хорошій якісній згоді з експериментом.

9. Вперше експериментально виявлений ефект пом'якшення немагнітної поперечної акустичної моди у бораті заліза при Т= 77 К, в малих магнітних полях (, при 20%).. Показано, що спостережуваний ефект пов'язаний з п'єзомагнетизмом кристала, що раніше вважався зневажаючи малим і у бораті заліза не досліджувався.

10. У "ізометричному" зразку борату заліза вперше виявлений і досліджений магнітоакустичний ефект двопроменезаломлювання - ефект Гакеля-Турова. Показано, що існуюча теорія магнітного лінійного ДП звуку в тригональному легкоплощинному АФ кристалі не дає задовільного опису експериментів на бораті заліза. Сформульована проста фізична модель: механічні граничні умови призводять до виникнення у базисній площині кристала неоднорідної одновісної магнітної анізотропії, що убуває від поверхні вглиб зразка. Проведений розрахунок польової залежності ефекту ОГТ в цій моделі, знаходиться в якісній згоді з експериментом.

11. Вперше експериментально виявлена тонка структура ефекту ОГТ. Запропонована модель блокової структури "ізометричного" зразка FeBO₃ . Розрахунок тонкої структури польової залежності ефекту ОГТ знаходиться в якісній згоді з експериментом. Експериментально вивчена частотна залежність ефекту ОГТ у бораті заліза в нульовому зовнішньому полі. Виявлена тонка структура АЧХ для поперечного звуку, що знайшла своє пояснення у рамках запропонованої моделі наведеної базисної анізотропії і блокової структури "ізометричного" зразка FeBO₃. Експеримент знаходиться в якісній згоді з теоретичною моделлю

12. Вперше експериментально виявлений ефект пом'якшення немагнітної поперечної акустичної моди у бораті заліза при Т= 77 К, в малих магнітних полях. Показано, що спостережуваний ефект пов'язаний з п'єзомагнітним вкладом в МУ енергію кристала.

13. У тонких базисних пластинках борату заліза експериментально виявлений ефект електромагнітного збудження подовжнього і поперечного звуку в довгохвильовій області гіперзвукового діапазону частот. Ефект генерації подовжнього звуку в АФ FeBO₃ виявлений вперше і спостерігався в інтервалі температур 77К ч300 К. Генерація звуку подовжньої поляризації пояснена п'єзомагнітною добавкою до МУ енергії борату заліза і вкладом у збудження подовжнього звуку пульсаційних коливань доменних меж блохівського типу.

14. Вперше виявлені резонансні особливості амплітуди і фази коефіцієнта проходження подовжнього звуку в однодоменному стані зразка борату заліза (зміна поглинання U(H)/U(0) ~7%, дисперсія швидкості Дх / х ? 4·10^-4). Запропонована фізична модель спостережуваних резонансів, заснована на припущенні про резонансну взаємодію подовжнього звуку з ММС. На основі запропонованої моделі проведено чисельне моделювання взаємодії подовжнього звуку з ММС, результати якого знаходяться в якісній згоді з експериментом. Вивчені азимутні магнітопольові залежності коефіцієнта проходження подовжньої акустичної хвилі в пластинці борату заліза. Виявлена залежність азимутної анізотропії і величини сигналу амплітуди і фази від механічних умов на межі зразка. Це явище пояснене конкуренцією вкладів однорідної і неоднорідної п'єзомагнітної добавки в щільність магнітопружної енергії кристала.

Список опублікованих робіт по темі дисертації

1. Голик А.В. Низкотемпературное высокочастотное согласующее устройство / А.В. Голик, А.П. Королюк, В.И. Хижный // ПТЭ. -1987. -№2. - С.213-215.

2. Голик А.В. Аномальная электромагнитная прозрачность металлов в малых магнитных полях / А.В. Голик, А.П. Королюк, В.И. Хижный // Письма в ЖЭТФ. -1983. - Т.38, №3. - С.100-103.

3. ИрклиенкоТ.М. Интерференция СВЧ - возбуждений режима трансфор -

мации электромагнитных и акустических волн в W / Т.М Ирклиенко, А.П. Королюк, В.И.Хижный // Письма в ЖЭТФ. -1987. -Т.46, №3. - С. 114-116.

4. Аронов И.Е. Электромагнитное возбуждение несобственных звуковых волн в металлах в нормальном магнитном поле / И.Е. Аронов, Т.М. Ирклиенко, А.П. Королюк, В.Л. Фалько, В.И. Хижный // ЖЭТФ. -1989. -Т.96, № 1(7). - С.287-298.

5. Ирклиенко Т.М. Роль анизотропии энергетического спектра электронов в эффектах электромагнитной генерации звука в вольфраме / Т.М Ирклиенко, А.П Королюк, В.Л Фалько, В.И. Хижный // ФНТ. - 1992. -Т.18, № 2. - С.147-153.

6. Королюк А.П. Высокочастотное нелинейное электромагнитное возбуждение звука в вольфраме / А.П. Королюк, В.И. Хижный // Письма в ЖЭТФ. -1988. -Т.48,№6. - С.348-350.

7. Mironov O.A. Observation of piezoelectric-like behavior in coherently strained B-doped (100)SiGe/Si heterostructures / O.A. Mironov, V.I. Khizhnyi, G. Braithwaite, E.H.C. Parker, P.J. Phillips, T.E. Whall, V.P. Gnezdilov // J. of Cryst. Growth. -1995. -V.157. - P.382-385.

8. Khizhnyi V.I. Piezoelectric effect in coherently strained B-doped (001) SiGe/Si heterostructures / V.I. Khizhnyi, O.A. Mironov, O. A. Makarovskii, G. Braithwaite, N.L. Mattey, E.H.C. Parker, P.J. Phillips // Acta Physica Polonica A. -1995. - V.88, No.4. - P.779-782.

9. Khizhnyi V.I. Direct evidence for a piezoelectriclike effect in coherently strained SiGe/Si heterostructures / V.I. Khizhnyi, O.A. Mironov, E.H.C. Parker, P.J. Phillips, T.E Whall., M.J. Kearney // Appl. Phys. Lett. - 1996. -V.69, No.7. - P. 960-962.

10. Хижный В.И. Электроакустическая конверсия в модуляционно - легированных гетероструктурах SiGe/Si / В.И.Хижный // ФНТ. -2008. - Т.34, №1. - С. 79-85.

11. Khizhnyi V.I. Direct generation of longitudinal acoustic waves by electric field in semiconductor heterostructures / V.I. Khizhnyi // Physica B. - 2000. - V. 284, No.8. - P. 54-55.

12. Khizhny V.I. Temperature Dependence of the Electro-Acoustic Conversion Effect in Heterostructures with a Quantum Well / V.I. Khizhny // Telecommunications and Radio Engineering. - 2001. - V.55, No 6-7. - P.139-144.

13. Тараканов В.В. Смягчение “немагнитной” упругой моды в пластине антиферромагнетика FeBO₃ / В.В. Тараканов, В.И. Хижный // ФНТ. - 1996. - Т.22, №7. - С.752 - 757.

14. Королюк А.П. Магнитоакустические осцилляции в антиферромагнетике FeBO₃ / А.П Королюк, В.В Тараканов, В.И Хижный, В.Н Селезнев, М.Б. Стругацкий // ФНТ. -1996. -Т.22, №8. - С.924-928.

15. Mitsay Yu.N. Gakel'-Turov oscillations in iron borate / Yu.N Mitsay, K.M Skibinsky, M.B Strugatsky, A.P Korolyuk, V.V Tarakanov, V.I. Khizhnyi // J. Magn. Magn. Mater. - 2000. - V.219. - P.340 - 348.

16. Strugatsky M.B. Fine structure of Gakel'-Turov oscillations in iron borate / M.B. Strugatsky, K.M. Skibinsky, V.V. Tarakanov, V.I. Khizhnyi // J. Magn. Magn. Mater. - 2002. - V.241. - P.330 - 334.

17. Strugatsky M.B. Gakel'-Turov oscillations in Iron Borate / M.B. Strugatsky, K.M. Skibinsky, A.P. Korolyuk, V.V. Tarakanov and V.I. Khizhnyi // The Physics of Metals and Metallography. - 2001.- V.92. - S.1.- Р.127 - 129.

18. Стругацкий М.Б. Амплитудно-частотная характеристика бората железа в процессе магнитного двупреломления поперечного звука / М.Б. Стругацкий, К.М. Скибинский, В.И. Хижный, В.В. Тараканов // Ученые записки Таврического Национального Университета. Физика. - 2001.- Т.14(53), №1. - С.62 - 67.

19. Strugatsky M.B. Frequency dependence of Cotton-Mouton acoustic effect in Iron Borate / M.B. Strugatsky, K.M. Skibinsky, V.V. Tarakanov and V.I. Khizhnyi // Functonal materials. - 2002. - V.9. , No 1. - P.68 - 71.

20. Strugatsky M.B. Frequency dependence of sound amplitude in antiferromagnetic crystal FeBO₃ / M.B Strugatsky, K.M Skibinsky, V.V Tarakanov and V.I. Khizhnyi // J. Magn. Magn. Mater. - 2007. - V.313. - No. 1. - P.84 - 88.

21. Khizhnyi V.I. Electromagnetic Generation of Sound in Iron Borate / V.I. Khizhnyi, V.V. Tarakanov, A.P. Korolyuk, M.B. Strugatsky // Physica B. - 2000. -V. 284 - 288, Part 2. - P.1151 - 1452.

22. Хижный В.И. Электромагнитное возбуждение звука в борате железа / В.И. Хижный, В.В. Тараканов, А.П. Королюк, Т.М. Хижная // ФНТ. -2006. -Т.32, №7. - С.838-845.

23. Khizhnyi V.I. Application of a Composite Acoustic Resonator for Investigations of Magnetic Materials / V.I. Khizhnyi, V.V. Tarakanov, and T.M. Khizhnaya // Telecommunications and Radio Engineering. - 2009. - V.68, No 5. - P.451- 463.

24. Khizhnyi V.I. Magnetic oscillations of longitudinal sound in Iron Borate / V.I. Khizhnyi, V.V. Tarakanov, T.M. Khizhnaya // Functional Materials. - 2010. - V.17, No 1. - P.33-40.

25. Khizhnyi V.I. Specific Features of the Longitudinal Sound Propagation in the Iron Borate: Azimuthal Dependences / V.I. Khizhnyi, V.V. Tarakanov, A.P. Korolyuk, T.M. Khizhnaya, & M.B. Strugatsky // Telecommunications and Radio Engineering. - 2010. - V.69, No 20. - P.1827- 1836.

Анотація

Хижний В. І. Високочастотне електромагнітне збудження звуку в провідних та магнітних структурах - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України, м. Харків, 2011.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми електромагнітного збудження звуку на частотах 200-600 Мгц в металі, напівпровідниковій гетероструктурі і магнітному діелектрику.

У вольфрамі при гелієвій температурі в умовах просторової і часової дисперсії виявлений ряд нових ефектів деформаційного механізму генерації звуку: збудження поперечних звукових мод різного типу; анізотропія деформаційного потенціалу; нелінійна генерація звуку подовжньої поляризації.

У напівпровідникових SiGe/Si гетероструктурах виявлений ефект генерації звуку ВЧ - електричним полем і вивчені його особливості. Запропонована модель генерації звуку пов'язана з кулонівським механізмом взаємодії просторово неоднорідного розподілу ВЧ - поля і зарядів в гетероструктурі.

У антиферомагнетику бораті заліза вперше виявлений і вивчений ефект акустичного двопроменезаломлювання та його тонка структура. Запропонована модель ефекту, пов'язана з наведеною одноосьовою базисною анізотропією.

Встановлений вклад п'єзомагнетизму в магнітопружну енергію кристала, пояснюючий ряд уперше виявлених ефектів: пом'якшення немагнітної пружної моди; ВЧ - магнітної генерації подовжнього звуку; магнітопольових резонансів подовжнього звуку і їх особливостей.

Ключові слова: електромагнітна генерація звуку, вольфрам, напівпровідникова гетероструктура, борат заліза, п'єзомагнетизм, двозаломлення звуку.

Аннотация

Хижный В.И. Высокочастотное электромагнитное возбуждение звука в проводящих и магнитных структурах - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. Физико-технический институт им. Б.И. Веркина НАН Украины, г. Харьков, 2011.

Диссертация посвящена решению проблемы электромагнитного возбуждения звука на частотах 200-600 МГц в металле, полупроводниковой гетерострукту-ре и магнитном диэлектрике.

В пластине сверхчистого вольфрама со сложным законом дисперсии электронов, при гелиевой температуре, в условиях сильной пространственной и временной дисперсии экспериментально обнаружен и изучен эффект электромагнитного возбуждения поперечного звука.

В нормальном к поверхности образца магнитном поле обнаружен ряд эффектов деформационного механизма генерации звука: интерференция звуковой моды, распространяющейся со скоростью звука в металле и быстрой звуковой моды, фазовая скорость которой близка к фермиевской скорости электронов проводимости; резонансные изменения амплитуды осцилляций в магнитном поле соответствующем диамагнитному резонансу;

- анизотропия энергетического спектра электронов и тензора деформационного потенциала определенной группы носителей заряда на поверхности Ферми металла, приводящие к электромагнитной генерации продольного звука в условиях поперечной накачки;

- обнаружен предсказанный теоретически эффект нелинейной генерации звука продольной поляризации на удвоенной частоте электромагнитного поля поперечной накачки, который обусловлен самовоздействием переменного магнитного поля накачки на возбуждаемый им ток в скин-слое и получены данные об особенностях и механизмах нелинейной генерации звука во внешнем постоянном магнитном поле.

В когерентно-напряженных модуляционно легированных SiGe/Si гетероструктурах впервые обнаружен эффект генерации продольного звука ВЧ - электрическим полем.

Установлено, что температурная зависимость эффективности электроакустической конверсии в Si_1-x Ge_x/Si ГС определяется параметрами образца и пространственным распределением возбуждающего звук ВЧ- электрического поля.

Обнаружена существенная зависимость эффективности конверсии ВЧ электрического поля в звуковую волну к малым изменениям концентрации атомов Ge (Дx ? 0,02), что объяснено пьезоактивностью слоя SiGe при x ? 0,12.

Предложена теоретическая модель электроакустической конверсии в ГС с модуляционным легированием, связанная с кулоновского механизмом взаимодействия пространственно неоднородного распределения ВЧ - поля и зарядов, находящаяся в качественном согласии с экспериментом.

В «изометричном» образце антиферромагнетика бората железа впервые экспериментально обнаружен и исследован магнитоакустический эффект двулучепреломления - эффект осцилляций Гакеля - Турова.

Обнаружена тонкая структура эффекта ОГТ. Показано, что существующая теория магнитного линейного ДП звука в тригональном легкоплоскостном АФ кристалле не дает удовлетворительного описания экспериментов в борате железа. Предложена физическая модель: механические граничные условия приводят к возникновению в базисной плоскости кристалла неоднородной одноосной магнитной анизотропии, убывающей от поверхности вглубь образца. Предложена модель блочной структуры образца FeBO₃, объясняющая тонкую структуру ОГТ. Обнаружена тонка структура АЧХ образца для поперечного звука, нашедшая свое объяснение в рамках модели наведенной базисной анизотропии и блочной структуры «изометричного» образца FeBO₃. На основе предложенной модели проведено численное моделирование обнаруженных эффектов, находящееся в хорошем согласии с данными эксперимента.

В тонких базисных пластинках бората железа впервые экспериментально обнаружен эффект электромагнитного возбуждения продольного звука. Генерация звука продольной поляризации объяснена пьезомагнитной добавкой к магнитоупругой энергии бората железа и вкладом в возбуждение продольного звука пульсационных колебаний доменных границ блоховского типа.

Впервые обнаружены резонансные особенности амплитуды и фазы коэффициента прохождения продольного звука в однодоменном состоянии образца бората железа. Предложена физическая модель наблюдаемых резонансов, основанная на представлении о резонансном взаимодействии продольного звука с магнитной модуляционной структурой. На основе предложенной модели проведено численное моделирование взаимодействия продольного звука с ММС. Получено качественное согласие расчета с данными эксперимента.

Изучены азимутальные магнитополевые зависимости коэффициента прохождения продольной акустической волны в пластинке бората железа. Обнаружена зависимость азимутальной анизотропии и величины сигнала амплитуды и фазы от механических условий на границе образца. Это явление объяснено конкуренцией вкладов однородной и неоднородной пьезомагнитной добавки в плотность МУ энергии кристалла.

Ключевые слова: электромагнитная генерация звука, вольфрам, полупроводниковая гетероструктура, борат железа, пьезомагнетизм, двулучепреломление звука.

Abstract

Khizhnyi V.I. High-frequency electromagnetic excitation of sound in conducting and magnetic structures - Manuscript.

Thesis for Doctor of physical and mathematical sciences by specialty 01.04.07 - solid state physics. B. Verkin Institute for Low Temperature Physics end Engineering of the NAS of Ukraine, Kharkov, 2011.

The thesis is devoted to solving the problem of electromagnetic excitation of sound in metal, semiconductor heterostructure and magnetic dielectric at frequencies 200-600 MHz.

In tungsten at helium temperature under the conditions of spatial and temporal dispersion the row of new effects of deformation mechanism of sound generation is found out. Among them are: excitation of transversal sound modes of different type, anisotropy of deformation potential, nonlinear generation of sound of longitudinal polarization.

In semiconductor SiGe/Si heterostructures the effect of sound generation by the HF - electric field is discovered and his features are studied. The model of sound generation related to the coulomb mechanism of interaction of spatially non-uniform distribution of HF- field and charges in heterostructure is offered.

In antiferromagnet iron borate the effect of birefringence and his thin structure are first found out and studied. The model of effect connected to the induced uniaxial base anisotropy is proposed.

The contribution of piezomagnetism to the magnetoelastic energy of crystal, explaining row of first found out effects such as: softening of nonmagnetic elastic mode, HF-magnetic generation of longitudinal sound, magnetic field dependence of longitudinal sound resonances and their features, is determined.

Keywords: electromagnetic generation of sound, tungsten, semiconductor heterostructure, iron borate, sound birefringence, piezomagnetizm.

Размещено на Allbest.ru