Параметрична взаємодія спінових хвиль та коливань з нестаціонарною локальною накачкою - Автореферат

Взаємодія коротких порівняно з часами релаксаціїї пакетів електромагнітних хвиль з речовиною має складний - суттєво нестаціонарний, а в багатьох випадках ще й нелінійний характер. Дослідження таких взаємодій на прикладі ансамблю спінових збуджень в магнітній підсистемі твердого тіла, вивчення впливу амплітудно-модульованого електромагнітного випромінювання на цуги лінійних та нелінійних спінових хвиль дозволяє експериментально моделювати та теоретично аналізувати поведінку складних багатомодових нелінійних систем в нестаціонарному режимі, спостерігати нові ефекти і явища, цікаві для фундаментальної науки та перспективні з точки зору практичних застосувань, зокрема в цифрових системах передачі та обробки інформації. Актуальність теми дисертаційної роботи, таким чином, обумовлюється можливістю використання процесів взаємодії змінного електромагнітного поля із власними збудженнями магнітовпорядкованих середовищ для створення новітніх пристроїв спінхвильової електроніки, призначених для обробки імпульсних сигналів безпосередньо в НВЧ діапазоні електромагнітних хвиль (підсилювачі, конвольвери, керовані лінії затримки та ін.), а також тим, що спільність фізичної сутності цілої низки явищ нелінійної оптики та спінхвильової електродинаміки дозволяють поширити отримані результати та висновки далеко за межі фізики магнітних середовищ, використавши їх при дослідженні динаміки оптичних солітонів та розробці оптоволоконних солітонних ліній передачі даних, параметричних підсилювачів світла, пристроїв затримки світлових імпульсів, тощо. Робота над дисертацією виконувалась на базі: - Київського національного університету імені Тараса Шевченка в рамках держбюджетних науково-дослідних робіт № 97032 “Надвисокочастотні інформаційні властивості шаруватих магнітовпорядкованих структур” (№ держреєстрації: 0197U003271), № 97038 “Нелінійні коливання та хвилі надвисоких частот у високотемпературних надпровідниках та магнетиках” (№ держреєстрації: 0197U003174), № 01БФ052-01 “Енергетично ефективні методи передачі та обробки сигналів НВЧ та оптичного діапазону” (№ держреєстрації: 0101U002878) та проекту Державного фонду фундаментальних досліджень № 2.4/707 “Взаємодія солітонів спінових хвиль з електромагнітним випромінюванням” (№ держреєстрації: 0197U003332). Вперше реалізовано неадіабатичну параметричну взаємодію - взаємодію біжучої хвилі з накачкою, зосередженою на відрізку шляху меншому за довжину цієї хвилі.Вони дозволяють одночасно чи з контрольованими затримками подавати в задані області плівки ЗІГ короткі (тривалістю від кількох наносекунд до десятків мікросекунд) НВЧ імпульси на сигнальній та подвійній до неї частоті, а також детектувати спінові хвилі сигнальної частоти. Як відомо, в багатомодовій системі, прикладом якої і виступає спінхвильовий спектр такого середовища, поле накачки виявляється звязаним з двома хвилями - початковою сигнальною та збудженою з теплового рівня холостою, що задовільняють законам збереження енергії та імпульсу (*, **), а також фазовому співвідношенню *. Адіабатична взаємодія має місце за умови слабкої локалізації поля накачки, тобто у випадку, коли довжина області концентрації поля накачки * суттєво перевищує довжину * спінових хвиль, які беруть участь в процесі. Встановлено, однак, що частотні спектри всіх парціальних спінхвильових пакетів (сигнальних і холостих) залишається вузькими, що пояснюється підтримкою накачкою лише тих хвиль, чиї частоти знаходяться поблизу резонансної поверхні *. Якщо в третьому розділі розглядаються загальні властивості взаємодії імпульсної накачки та спінових хвиль в лінійному наближенні, то в четвертому та пятому розділах досліджується вплив накачки на квазіодновимірні нелінійні пакети спінових хвиль - солітони огинаючої.Такі солітони можуть бути зформовані спіновими хвилями у випадку, коли дисперсійне подовжнє розпливання спінхвильового пакета компенсується його нелінійним стисненням.

Основний зміст

1. Melkov G.A., Serga A.A. Nonlinear parametric excitation of spin waves // NATO ASI Series, 3: High technology, Vol.49: Frontiers in magnetism of reduced dimension systems. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1998. P. 555-578.

2. Гордон А.Л., Олійник О.М., Серга О.О. Аномальне затухання сигналу “регенерованої” луни в плівках ЗІГ // Вісник Київського університету (Серія: фізико-математичні науки). 1997. Т. 4. С. 235-238.

3. Серга О.О. Регенерація та підсилення луни магнітостатичних хвиль в плівках ЗІГ // Вісник Київського університету (Серія: фізико-математичні науки). 1997. Т. 3. С. 313-317.

4. Bagada A.V., Melkov G.A., Serga A.A., Slavin A.N. Parametric amplification of solitons in magnetic films // Journal of Applied Physics. 1997. Vol. 81, N. 8. P. 5081.

5. Bagada A.V., Melkov G.A., Serga A.A., and Slavin A.N. Parametric interaction of spin wave envelope solitons with localized electromagnetic pumping // Physical Review Letters. 1997. Vol. 79, № 11, P. 2137-2140.

6. Мелков Г.А., Серга A.A., Тиберкевич В.С., Олійник О.М. Параметричне підсилення та обернення хвильового фронту пакетів магнітостатичних хвиль // Вісник Київського університету (Серія: фізико-математичні науки). 1998. Т. 3. С. 327-333.

7. Гордон А.Л., Мелков Г.А., Серга А.А., Славин А.Н., Тиберкевич В.С., Багада А.В. Обращение волнового фронта линейных сигналов и солитонов магнитостатических волн // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 67, № 11. С. 869-873.

8. Gordon A.L., Melkov G.A., Serga A.A., Slavin A.N., Tiberkevich V.S., Bagada A.V. Phase conjugation of linear signals and solitons of magnetostatic waves // JETP Letters. 1998. Vol. 67, N. 11. P. 913-918.

9. Melkov G.A., Serga A.A., Tiberkevich V.S., Oliynyk A.N., Bagada A.V., and Slavin A.N. (1999): Parametric interaction of a spin wave pulse with localized nonstationary pumping: amplification and phase conjugation // IEEE Transactions on Magnetics. 1999. Vol. 35. P. 3157-3159.

10. Мелков Г.А., Серга А.А., Тиберкевич В.С., Олейник А.Н., Багада А.В., Славин А.Н. Параметрическое взаимодействие магнитостатических волн с нестационарной локальной накачкой // ЖЭТФ. 1999. Т. 116, № 6. С. 2192-2211.

11. Melkov G.A., Serga A.A., Slavin A.N., Tiberkevich V.S., Oleinik A.N., Bagada A.V.: Parametric interaction of magnetostatic waves with a nonstationary local pump // JETP. 1999. Vol. 89, N. 6. P. 1189-1199.

12. Melkov G.A., Oliynyk A.N., Serga A.A., Tiberkevich V.S., and Slavin A.N. Extremely high amplification factor of spin wave envelope solitons // Journal of Signal Processing (Special section on nonlinear signal processing (3). 2000. Vol. 4, № 2. P. 201-205.

13. Melkov G.A., Serga A.A., Tiberkevich V.S., Oliynyk A.N., and Slavin A.N. Wave front reversal of a dipolar spin wave pulse in a nonstationary three-wave parametric interaction // Physical Review Letters. 2000. Vol. 84, № 15, - P. 3438-3441.

14. Данилов В.В., Нечипорук О.Ю., Серга О.О. Про можливість квантового підсилення луни магнітостатичних хвиль в структурі ферит-парамагнетик // Вісник Київського університету (Серія: фізико-математичні науки). 2001. №.1. С. 321-326.

15. Melkov G.A., Oliynyk A.N., Serga A.A., Slavin A.N., Tiberkevich V.S. Phase conjugation of linear and nonlinear signals of magnetostatic waves // Materials Science Forum. 2001. Vol. 376. P. 785-790.

16. Melkov G.A., Kobljanskyj Yu.V., Serga A.A., Tiberkevich V.S., and Slavin A.N. Nonlinear amplification and compression of envelope solitons by localized nonstationary parametric pumping // Journal of Applied Physics. 2001. Vol. 89, N 11. P. 6689-6691.

17. Melkov G.A., Serga A.A., Tiberkevich V.S., Kobljanskij Yu.V., and Slavin A.N. Non-adiabatic interaction of a propagating wave packet with localized parametric pumping // Physical Review E. 2001. Vol. 63. P. 066607, 1-8.

18. Melkov G.A., Kobljanskyj Yu.V., Serga A.A., Slavin A.N., Tiberkevich V.S. Reversal of momentum relaxation // Physical Review Letters. 2001. Vol. 86, N. 21. P. 4918-4921.

19. Melkov G.A., Kobljanskyj Yu.V., Serga A.A., Tiberkevich V.S., and Slavin A.N. Parametric interaction of dipolar spin wave solitons with localized electromagnetic pumping // Physica Status Solidi (A). 2002. Vol. 189, N 3. P. 1007-1014.

20. Kobljanskyj Yu.V., Melkov G.A., Serga A.A., Tiberkevich V.S., Slavin A.N. Effective microwave ferrite convolver using a dielectric resonator // Applied Physics Letters. 2002. Vol. 81, N. 9, P. 1645-1647.

21. Серга А.А., Костылев М.П., Калиникос Б.А., Демокритов С.О., Хиллебрандс Б., Беннер Х. Параметрическая генерация солитоноподобных импульсов спиновых волн в кольцевых резонаторах на основе ферромагнитных пленок // Письма в ЖЭТФ. 2003. Vol. 77, N. 6, С. 350-355.

22. Serga A.A., Kostylev M.P., Kalinikos B.A., Demokritov S.O., Hillebrands B., Benner H. Parametric generation of solitonlike spin-wave pulses in ring resonators based on ferromagnetic films // JETP Letters. 2003. Vol. 77, N. 6, - P. 300-304.

23. Serga A.A., Demokritov S.O., Hillebrands B., Slavin A.N. Formation of envelope solitons from parametrically amplified and conjugated spin wave pulses // Journal of Applied Physics. 2003. Vol. 93, N. 10. P. 8758-8760.

24. Serga A. A., Demokritov S. O., Hillebrands B., and Seong-Gi Min Phase control of non-adiabatic parametric amplification of spin wave packets // Journal of Applied Physics. 2003. Vol. 93, . 10. P. 8585-8587.

25. Demokritov S.O., Serga A.A., Demidov V.E., Hillebrands B., Kostylev M.P., and Kalinikos B.A. Experimental observation of symmetry breaking nonlinear Modes in an active ring // Nature. 2003. Vol. 426, N 6963. P. 159-162.

26. Serga A.A., Hillebrands B., Demokritov S.O., Slavin A.N., Wierzbicki P., Vasyuchka V., Dzyapko O., and Chumak A. Parametric generation of forward and phase-conjugated spin-wave bullets in magnetic films // Physical Review Letters. 2005. Vol. 94, N.16, P. 167202, 1-4.

27. Серга А.А., Костылев М.П., Калиникос Б.А., Демокритов С.О., Хиллебрандс Б., Беннер Х. Параметрическая генерация солитоноподобных импульсов спиновых волн в кольцевых резонаторах на основе ферромагнитных пленок // ЖЭТФ. 2006. Т. 129, № 3. С. 566-580.

28. Serga A.A., Kostylev M.P., Kalinikos B.A., Demokritov S.O., Hillebrands B., Benner H. Parametric generation of solitonlike spin wave pulses in ferromagnetic thin-film ring resonators // JETP. 2006. Vol. 102, N. 3, P. 497-508.