Известия РАН. Серия физическая, 2020, T. 84, № 2, стр. 171-173

Если ферритовый образец в системе феррит-контур [1] разместить свободно в некоторой полости, то, вследствие возбуждения в ферритовом образце магнитоакустического резонанса (МАР) [2], наблюдается сложное взаимодействие спиновой системы ферромагнетика с контуром [3–5]. Этот эффект, устойчиво наблюдаемый и на основном, и на дополнительном резонансах, может быть теоретически описан системой уравнений для пяти переменных состояния (амплитуды, фазы и расстройки спиновых волн, тока катушки и напряжения на конденсаторе контура), дополненной в случае дополнительного резонанса двумя дифференциальными уравнениями (ДУ) первого порядка, описывающими акустический резонанс в образце. На основном резонансе к ним следует прибавить еще два ДУ первого порядка, описывающих поведение однородной прецессии [6]. Таким образом, МАР в системе феррит–контур при дополнительном резонансе может быть описан семью ДУ первого порядка, а на основном – девятью. Решение этих систем – сложная задача, и она выходит за рамки настоящей работы. Ограничимся кратким экспериментальным описанием эффекта МАР в системе феррит–контур. Конструкция датчика для наблюдения МАР показана на рис. 1, а блок-схема экспериментальной установки – на рис. 2.

Рис. 1.

Конструкция датчика для наблюдения магнитоакустического резонанса в системе феррит–контур: 1 – феррит; 2 – держатель; 3 – плоская обмотка; 4 – штифт; 5 – выходные контакты; 6 – выводы обмотки.

Рис. 2.

Блок-схема экспериментальной установки: 1 – передатчик станции РБП-4; 2 – вентиль; 3, 4, 5, 10, 14, 14, 18, 24 – аттенюаторы; 6, 9 – направленные ответвители; 7 – ферритовый датчик-преобразователь; 8 – электромагнит; 11, 22 – согласованные нагрузки; 12 – короткозамыкатель; 13, 15, 25 – детекторные головки, 16 – термисторный мост М4-1; 17 – термисторная головка; 19 – конденсатор переменной емкости; 20 – переключатель; 21 – милливольтметр В4-12; 23 – конденсатор; 26 – осциллограф; 27 – генератор стандартных сигналов; 27а – магнетрон М-849; 28 – генератор синхроимпульсов; 29 – обмотка электромагнита; 30 – измерительный прибор; 31 – регулятор тока; 32 – источник питания.

Исследовали сферические образцы из монокристаллов железо-иттриевого граната (ЖИГ) диаметром около 1 мм и шириной полосы ферромагнитного резонанса (ФМР) (2ΔH) около 46 А/м. При определенном уровне СВЧ мощности в полях, несколько меньших резонансного, возникал МАР, приводящий к амплитудной модуляции СВЧ мощности, проходящей через отрезок волновода с ферритовым образцом. В результате на вершине огибающей СВЧ импульса, снимаемого с кристаллического детектора 13 (рис. 2), наблюдали колебания с частотой около 3 МГц, амплитуда которых зависела от уровня СВЧ мощности и значения подмагничивающего поля.

При настройке резонансного контура с помощью конденсатора переменной емкости 19 (рис. 2), существенно менялось время нарастания этих колебаний, достигая минимума при равенстве частот МАР и резонансного контура. Амплитуда же колебаний на вершине огибающей, наоборот, достигала максимального значения, примерно в два раза большего, чем при большой расстройке контура. В резонансном контуре возбуждались колебания частоты МАР, их огибающая соответствовала огибающей СВЧ импульса. Наличие больших изменений времени нарастания и интенсивности магнитоакустических колебаний в зависимости от настройки контура свидетельствует о том, что в данном случае имело место не простое выделение колебаний частоты магнитоакустических колебаний с помощью резонансного контура, а гораздо более сложное явление. Следует отметить, что частота магнитоакустических колебаний отличается большой временной стабильностью, поэтому указанный эффект может быть использован также для создания генераторов со стабильной частотой. На рис. 3 изображена зависимость времени нарастания колебаний τ_н от расстройки ΔF_k.

Рис. 3.

Зависимость времени нарастания магнитоакустического резонанса от расстройки резонансного контура.

В заключение отметим, что описанный эффект может оказаться весьма полезным при изучении МАР в ферромагнетиках и поэтому должен стать объектом более глубокого изучения. В результате исследования показано, что система феррит–контур может быть использована в качестве малоинерционного, частотно-избирательного датчика-преобразователя проходного типа при измерении высокого и сверхвысокого уровня мощности СВЧ импульсных сигналов. Кроме того, МАР в системе феррит–контур может быть использован при экспериментальном изучении нелинейного ферромагнитного резонанса [7–9], например, для измерения магнитной восприимчивости в далеко запороговой области возбуждения спиновых волн.