|
27 § 1.3 Возбуждение спин-волнового резонанса в тонких ферромагнитных пленках Возможность измерения приведенных в преведущем параграфе таких величин как мощность поглощаемого электромагнитного ноля, амплитуда линей поглощения и ширина линей СВ-мод, существует только при условии возбуждения стоячих спиновых воли, для которых усредненная по объему образца намагниченность не равна нулю. Как следует из закона дисперсии (1.2.7),(1.2.12) при частотах СВЧдиапазона и обычных величинах постоянного магнитного поля (измеряемых единицами и десятками килоэрстед) волновые числа спиновых волн могут измеряться в широких пределах, достигая величин порядка 106. Электромагнитные волны в вакууме или немагнитной слабо проводящей (неметаллической) среде имеют при таких частотах волновые числа порядка 1. Это различие приводит к существенным трудностям при возбуждении когерентных спиновых волн переменным электромагнитным полем. Способ преодоления указанной трудности предложен впервые в 1958 году Ч. Кителем [9]. Он заключается в использовании тонких магнитных пленок толщиной, сравнимой с 2лIк спиновых воли. Что позволило получить дискретный набор возможных значений волнового вектора, в отличие от массивных образцов, где все компоненты волнового вектора к пробегают непрерывный ряд значений. Физическая причина выполнения этого условия заключается в необходимости применения дополнительных (или обменных) граничных условиях. Они учитывают то, что магнитные моменты в тонком поверхностном слое находятся в иных, нежели в глубине ферромагнетика, условиях. И чтобы не исследовать их поведение в этом слое, мы можем, исключив его из рассмотрения, наложить дополнительные граничные условия на намагниченность в ферромагнетике на его поверхности. Киттель предположил, что эти условия заключаются в том, что переменная намагниченность |
2 а со (1.42)2 АН = (\ + а 2 ) / ' Как видно из (1.41-1.42), интенсивность линий спин-волновых мод с увеличением# уменьшается, а их ширина возрастает. Из (1.42) также следует, что при постоянной частоте СВЧ-поля ширина линий спин-волновых мод не зависит от их номера. §1.3 Возбуждение спин-волнового резонанса в тонких ферромагнитных пленках Возможность измерения приведенных в преведущем параграфе таких величин как мощность поглощаемого электромагнитного поля, амплитуда линей поглощения и ширина линей СВ-мод, существует только при условии возбуждения стоячих спиновых волн, для которых усредненная по объему образца намагниченность не равна нулю. Как следует из закона дисперсии (1.34, 1.39), при частотах СВЧдиапазона и обычных величинах постоянного магнитного поля (измеряемых единицами и десятками килоэрстед) волновые числа спиновых волн могут измеряться в широких пределах, достигая величин порядка 106. Электромагнитные волны в вакууме или немагнитной слабо проводящей (неметаллической) среде имеют при таких частотах волновые числа порядка 1. Это различие приводит к существенным трудностям при возбуждении когерентных спиновых волн переменным электромагнитным полем. Способ преодоления указанной трудности предложен впервые в 1958 году Ч. Кителем [9]. Он заключается в использовании тонких магнитных пленок толщиной, сравнимой с 2кIк спиновых волн. Что позволило получить дискретный набор возможных значений волнового вектора, в отличие от 29 массивных образцов, где все компоненты волнового вектора к пробегают непрерывный ряд значений. Физическая причина выполнения этого условия заключается в необходимости применения дополнительных (или обменных) граничных условиях. Они учитывают то, что магнитные моменты в тонком поверхностном слое находятся в иных, нежели в глубине ферромагнетика, условиях. И чтобы не исследовать их поведение в этом слое, мы можем, исключив его из рассмотрения, наложить дополнительные граничные условия на намагниченность в ферромагнетике на его поверхности. Киттель предположил, что эти условия заключаются в том, что переменная намагниченность т = 0 на поверхности ферромагнитной пленки, то есть что “спины закреплены не поверхности”. Наличие закрепления спинов на поверхности приводит к возможности возбуждения спиновых волн не только неоднородным, но и однородным магнитным полем. Экспериментально это подтвердили Сиви и Танненвальд [11]. Другой предельный случай “свободных спинов” использовали несколько ранее У .С. Амент и Д.Т. Радо при решении задачи о ферромагнитном резонансе в металлах. Более общие граничные условия предложили Радо и Д.Р. Уиртмен [16]: — + 4777 = 0, (1.43) дп где дп производная по нормали к поверхности, а <4 параметр закрепления, равный бесконечности в случае закрепления спинов на поверхности и равный нулю для свободных спинов. На основание этих граничных условий теория спиновых волн впоследствии получила дальнейшее развитие в работах Каганова [17], Барьяхтара и Каганова [18], Суху [19]. Ими был рассчитан спектр спиновых волн в предположении частичного закрепления спинов. Теоретически результаты, полученные в данных работах, позволили объяснить целый ряд особенностей экспериментально наблюдаемых спектров резонансного поглощения СВЧ-поля. |