Управляемые отражательные структуры на основе слабых ферромагнетиков и их применение для перестраиваемых резонаторов субтерагерцового диапазона

Автор(и)

  • Игорь Владимирович Зависляк Киевский национальный университет им. Т. Шевченко, Україна https://orcid.org/0000-0003-0161-4197
  • Григорий Леонидович Чумак Киевский национальный университет им. Т. Шевченко, Україна https://orcid.org/0000-0002-2070-9709

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019080016

Ключові слова:

слабый ферромагнетик, борат железа, гематит, резонатор Фабри-Перо, метаповерхность, субтерагерцовый диапазон

Анотація

Исследованы собственные электромагнитные волны в слабом ферромагнетике с анизотропией типа «легкая плоскость» при подмагничивании в этой плоскости. Показано, что на частотах антирезонансов слабый ферромагнетик можно рассматривать как среду с характеристическим сопротивлением, близким к нулю. Проанализированы поляризации собственных волн в такой среде на примере высокотемпературных слабых ферромагнетиков — гематита и бората железа. Предложено рассматривать структуру слабый ферромагнетик–металл как элемент метаповерхности с управляемым сдвигом фазы отраженной волны. Рассмотрен перестраиваемый резонатор Фабри–Перо со структурой слабый ферромагнетик субволновой толщины–металл, и изучены соответствующие частотно-полевые зависимости в субтерагерцовом диапазоне. Показано что такой резонатор сочетает достаточно высокую добротность с возможностью магнитной перестройки его резонансной частоты. Максимальная локальная крутизна полевой зависимости частоты резонатора достигает 0,3 МГц/Э при использовании гематитового слоя, и 0,6 МГц/Э при использовании слоя бората железа толщиной 10 мкм. Собственная добротность резонатора на основной моде изменяется в пределах 300–1400 и 250–1000 соответственно.

Посилання

Liberal, Inigo; Engheta, Nader. “Near-zero refractive index photonics,” Nature Photonics, Vol. 11, p. 149, 2017. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2017.13.

Liberal, Inigo; Engheta, Nader. “The rise of near-zero-index technologies,” Science, Vol. 358, No. 6370, p. 1540, 2017. DOI: http://doi.org/10.1126/science.aaq0459.

Marcos, Joao S.; Silveirinha, Mario G.; Engheta, Nader. “m-near-zero supercoupling,” Phys. Rev. B, Vol. 91, 2015. DOI: https://doi.org/10.1103/physrevb.91.195112.

Du, B.; Xu, Z.; Wang, J.; Xia, S. “Magnetically tunable ferrite-dielectric left-handed metamaterial,” PIER C, Vol. 66, p. 21, 2016. DOI: https://doi.org/10.2528/pierc16042806.

Li, Wei; Wei, Jia; Wang, Wei; Hu, Dawei; Li, Yukin; Guan, Jianguo. “Ferrite-based metamaterial microwave absorber with absorption frequency magnetically tunable in a wide range,” Materials Design, Vol. 110, p. 27, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.07.118.

Wang, Yongxing; Qin, Yue; Sun, Zhouzhou; Xu, Ping. “Magnetically controlled zero-index metamaterials based on ferrite at microwave frequencies,” J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 49, p. 45106, 2016. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/40/405106.

Lu, Conghui; Rong, Cancan; Huang, Xiutao; Hu, Zhaoyang; Tao, Xiong; Wang, Shengming; Chen, Junfeng; Liu, Minghai. “Investigation of negative and near-zero permeability metamaterials for increased efficiency and reduced electromagnetic field leakage in a wireless power transfer system,” IEEE Trans. Electromagnetic Compatibility, p. 1, 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/temc.2018.2865520.

Silveirinha, Mario; Engheta, Nader. “Tunneling of electromagnetic energy through subwavelength channels and bends using ε-near-zero materials,” Phys. Rev. Lett., Vol. 97, p. 157403, 2006. DOI: https://doi.org/10.1103/physrevlett.97.157403.

Liberal, I.; Mahmoud, A. M.; Engheta, N. “Geometry-invariant resonant cavities,” Nat. Commun., Vol. 7, p. 10989, 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms10989.

Silveirinha, Mario G. “Trapping light in open plasmonic nanostructures,” Phys. Rev. A, Vol. 89, p. 023813, 2014. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.89.023813.

Каганов, М. И.; Пустыльник, Н. Б.; Шалаева, Т. И. “Магноны, магнитные поляритоны, магнитостатические волны,” УФН, Т. 167, № 2, С. 191–237, 1997. DOI: https://doi.org/10.3367/ufnr.0167.199702d.0191.

Пименов, Ю. В. Линейная макроскопическая электродинамика. Интеллект, 2008. 535 с.

Бучельников, В. Д.; Бабушкин А. В.; Бычков, И. В. “Коэффициент отражения электромагнитных волн от поверхности пластины феррита кубической симметрии,” ФТТ, Т. 45, № 4, С. 663–672, 2003. URI: https://journals.ioffe.ru/articles/4588.

Бутько, Л. Н.; Бучельников, В. Д.; Бычков, И. В. “Коэффициент поглощения электромагнитных волн в слоистой структуре «немагнитный проводник-феррит»,” Челябинский физико-матем. журнал, № 24, С. 50–54, 2010. URI: https://elibrary.ru/item.asp?id=15279626.

Зависляк, И. В.; Чумак, Г. Л. “Управляемые отражающие поверхности на основе ферритового слоя,” Радиофизика и электроника, № 1, С. 3–11, 2019. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2019.01.003.

Иванов, Б. А. “Спиновая динамика антиферромагнетиков под действием фемтосекундных лазерных импульсов (Обзор),” Физика низких температур, Т. 40, № 2, С. 119–138, 2014. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/119411.

Dzyaloshinsky, I. “A thermodynamic theory of ‘weak’ ferromagnetism of antiferromagnetics,” J. Phys. Chem. Solids, Vol. 4, No. 4, p. 241-255, 1958. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-3697(58)90076-3.

Moriya, Тoru. “Anisotropic superexchange interaction and weak ferromagnetism,” Phys. Rev., Vol. 120, No. 1, 1960. DOI: https://doi.org/10.1103/physrev.120.91.

Болотин, Д. Д.; Максимова, Е. М.; Стругацкий, М. Б. “Сравнительный анализ кристалломагнитной структуры бората железа и гематита,” Ученые записки Таврического нац. унив. им. В. И. Вернадского, Cерия Физико-математические науки, Т. 23, № 3, С. 149–155, 2010. URI: http://jphystech.cfuv.ru/wp-content/uploads/2017/05/015_bolotin.pdf.

Туров, Е. А.; и др. Симметрия и физические свойства антиферромагнетиков. М.: Физматлит, 2001. 559 с.

Popov, M. A.; Zavislyak, I. V.; Chumak, H. L.; Strugatsky, M. B.; Yagupov, S. V.; Srinivasan, G. “Ferromagnetic resonance in a single crystal of iron borate and magnetic field tuning of hybrid oscillations in a composite structure with a dielectric: Experiment and theory,” J. Appl. Phys., Vol. 118, 013903, 2015. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4923413.

Аваева, И. Г.; Кравченко, В. Б.; Лисовский, Ф. В.; Соболев, А. Т.; Шаповалов, В. И. “Получение и исследование монокристаллов антиферромагнетика FeBO3,” в Физические и физико-химические свойства ферритов. Минск: Наука и техника, 1975, С. 157–163.

Velikov, L. V.; Rudashevskii, E. G. “Antiferromagnetic resonance in hematite in the weakly ferromagnetic state,” Soviet Phys. JETP, Vol. 29, No. 5, p. 836-839, 1969. URI: http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/r/index/r/56/5/p1557?a=list.

Кочарян, К. Н.; Авакян, А. А.; Прпнян, В. Г.; Саркисян, Э. Л.; Селезнев, В. Н.; Мальнев, В. В.; Ягупов, С. В. “Субмиллиметровая электродинамика бората железа,” ФТТ, Т. 36, № 3, С. 839, 1994. URI: http://journals.ioffe.ru/articles/16424.

Тихонов, В. В.; Боярский, Д. А.; Полякова, О. Н.; Дзарданов, А. Л.; Гольцман, Г. Н. “Лабораторные исследования радиофизических и диэлектрических свойств минералов и горных пород в микроволновом диапазоне,” Институт космических исследований РАН, 2011.

Tarasenko, V. V.; Kharitonov, V. D. “Surface magnetostatic waves in uniaxial antiferromagnets,” JETP, Vol. 33, No. 6, С. 2321, 1971. URI: http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/r/index/r/60/6/p2321?a=list.

Гуревич, А. Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973. 591 с.

Панкрац, А. И.; Петраковский, Г. А.; Смык, А. Ф. “Закон дисперсии магнитостатических колебаний и магнитодинамический резонанс в пластинке слабого ферромагнетика FeBO3,” ДАН СССР, Т. 294, № 5, С. 1097–1101, 1987. URI: https://elibrary.ru/item.asp?id=24104949.

Григорьев, А. Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Высшая школа, 1990. 336 с.

Ремнев, М. А.; Климов, В. В. “Метаповехности: новый взгляд на уравнения Максвелла и новые методы управления светом,” УНФ, Т. 188, № 2, 2018. DOI: https://doi.org/10.3367/ufnr.2017.08.038192.

Andrade-Neto, A. V. “Dielectric function for free electron gas: comparison between Drude and Linhard models,” Revista Brasileira de Ensino de Fisica, Vol. 39, No. 2, 2017. DOI: https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2016-0206.

Микаэян, А. Л. Оптические методы в информатике. М.: Наука, 1990. 228 с.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-25

Як цитувати

Зависляк, И. В., & Чумак, Г. Л. (2019). Управляемые отражательные структуры на основе слабых ферромагнетиков и их применение для перестраиваемых резонаторов субтерагерцового диапазона. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(8), 455–467. https://doi.org/10.20535/S0021347019080016

Номер

Том 62 № 8 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.