Особенности гибридизации поперечных мод электромагнитных волн в слоистой мультиферроидной структуре

Особенности гибридизации поперечных мод электромагнитных волн в слоистой мультиферроидной структуре

, ,

Саратовский государственный университет имени

*****@***ru

В последнее время большой интерес представляет исследование слоистых структур, свойствами которых можно управлять в заданном диапазоне длин волн [1]. Слоистые феррит - сегнетоэлектрические структуры могут демонстрировать электронную перестройку за счет изменения приложенных статических внешних электрического и внешнего магнитного полей. При этом электронная перестройка обладает такими преимуществами, как большая энергоэффективность и меньшее время отклика структуры.

Развитие технологий изготовления магнитных микроструктур [2] и невозможность получения точных решений Уравнения Максвелла для них (в направляющих структурах конечных размеров с гиротропными средами решение на распадается на ТЕ и ТМ волны) приводит к необходимости использования численных методик расчета волновых процессов. Миниатюризация и создание волноведущих структур сложной формы, выполненных на основе пленок железо - иттриевого граната (ЖИГ), приводит к необходимости учета многомодового характера волнового распространения [3].

В данной работе приведены результаты исследования электродинамических характеристик слоистой структуры сегнетоэлектрик-феррит, ограниченной в поперечном направлении (см. рис.1). С помощью численного моделирования электродинамической задачи методом конечных элементов (МКЭ) проведен расчет спектров собственных мод, проведено сравнение результатов с натурным радиофизическим экспериментом. Показана возможность управления свойствами поперечных мод слоистой структуры путем вариации внешнего электрического и магнитного поля.

Рис. 1: Расчетная структура и схема экспериментальной установки

На рис. 2 приведены результаты расчета МКЭ дисперсии поперечных (ширинных) мод волн в парциальных системах (ферритового и диэлектрического волноводов) и гибридных волн в слоистой структуре. Стоит отметить, что у образца сегнетоэлектрика при рассматриваемых частотах отсутствует третья ширинная мода. Также приведены экспериментально полученные дисперсии ферритового волновода и слоистой структуры и АЧХ. Можно увидеть, что при малых частотах в слоистой структуре волновые процессы гибридной волны определяются суперпозицией третьей и пятой поперечных мод, а в области вдали от взаимодействия парциальных систем (k>80 cм-1) соответствуют первой моде.

Рис. 3: дисперсионные характеристики, полученные методом конечных элементов и путем оценки фазового сдвига в эксперименте. МКЭ рассчитаны дисперсии нечетных мод диэлектрического и ферритового волновода (до гибридизации) и гибридных в слоистой структуре. Справа показана экспериментально полученная АЧХ такой структуры.

Экспериментальная АЧХ ферритового волновода хорошо соответствует частотной полосе поверхностных волн, полученных с помощью МКЭ. Кривая АЧХ для слоистой структуры демонстрирует большие потери, что соответствует отбиранию энергии, волны, распространяющейся в ферритовом слое волнами, возбуждающимися в СЭ-слое. При этом характерная энергия, принимаемая выходным микрополоском, сохраняется. Также в целом сохраняется и полоса возбуждаемых частот, т. к. энергия поступает в структуру через возбуждение ферритового слоя микрополосковой линией возбуждения, т. е. возбуждаться могут только волны в полосе поверхностной спиновой волны (с близкой групповой скоростью и в полосе частот, эффективно возбуждающейся данным микрополоском).

Таким образом, с помощью МКЭ объясняются наблюдаемые в эксперименте результаты гибридизации в слоистой структуре. Особенности расталкивания дисперсионных характеристик вызваны суперпозицией влияния собственных мод структуры. Данный факт указывает на возможность управления отдельно взятыми модами, что может найти практическое применение в устройствах СВЧ - диапазона.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (гранты № , ), РНФ (№) и стипендии президента РФ (СП-313.2015.5).

Библиографический список

1. , Калиникос периодические структуры на основе магнонных кристаллов для электронно-перестраиваемых сверхвысокочастотных устройств // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40, вып. 13. С. 58–65.

2. Krawczyk M., Grundler D. J. Phys.: Condens. Matter.2.

3. O’Keeffe T. W., R. W.Patterson J. Appl. Phys.

4. Demokritov S. O., Hillebrands B., Slavin A. N. Phys. Rep. Pp. 441-489.

5. Sheshukova S., Beginin E., Sadovnikov A., Sharaevsky Yu. P., Nikitov S. // IEEE Magnetics Letters 5 (2014) Pp. 1-4.

Сведения об авторах

– студент 2 курса кафедры Твердого тела факультета нано и биомедицинский технологий СГУ им. . [e-mail] Тел.

– магистрант кафедры Электроники, колебаний и волн факультета нелинейных процессов СГУ им.

– к. ф.-м. н., младший научный сотрудник лаборатории «Метаматериалы» СГУ. *****@***com

Вид доклада: стендовый