2007ѝ17thѝInt.ѝCrimeanѝConferenceѝ“Microwaveѝ&ѝTelecommunicationѝTechnology”ѝ(CriMiCo’2007).ѝ10-14ѝSeptember,ѝSevastopol,ѝCrimea,ѝUkraineѝ©ѝ2007:ѝCriMiCo’2007ѝOrganizingѝCommittee;ѝWeberѝCo.ѝISBN:ѝ978-966-335-014-1.ѝIEEEѝCatalogѝNumber:ѝ07EX1742ѝ562

ГИБРИДИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ И МАГНИТОСТАТИЧЕСКОЙ МОД

В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНКАХ BaFe12O19 В ДОМЕННОЙ ОБЛАСТИ

Чамор Т. Г., Горпынюк А. Ю., Костенко В. И., Чевнюк Л. В.

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко г. Киев, 01033, Украина тел.: +380445266403

e-mail: ctamila@univ.kiev.ua, vikos@univ.kiev.ua

Аннотация – Теоретически и экспериментально иссле-дованы связанные феррит – диэлектрические колебания (ФДК) в эпитаксиальной пленке одноосного гексаферрита бария в доменной области (ДО) и при насыщении. Впервые обнаружена гибридизация высокочастотной ветви ФМР с диэлектрической резонансной модой при наличии решетки цилиндрических магнитных доменов (ЦМД).

I. Введение Одноосные гексаферриты и, в частности

BaFe12O19, ввиду больших полей анизотропии На мо-гут использоваться в невзаимных устройствах мм – диапазона СВЧ. В работе [1] были обнаружены свя-занные [2-3] ФДК в эпитаксиальных пленках гекса-феррита бария, выращенных на подложках из гекса-галлата стронция.

(SrGa12O19). Гибридизация диэлектрической и магнитостатической мод происходила в условиях насыщенного образца и отсутствовала в доменной области [4]. Исследования [5] слоистой структуры, содержащей пластинку гексаферрита стронция и кварцевую подложку, также проведены для намагни-ченного до насыщения образца и не проводились в ДО. В этой связи, в настоящей работе исследуется взаимодействие электромагнитной и магнитостати-ческой мод в эпитаксиальных пленках BaFe12O19, как в ДО, так и при насыщении.

II. Основная часть Экспериментальные исследования проведены на

эпитаксиальной пленке BaFe12O19, выращенной ме-тодом жидкофазной эпитаксии на подложке из SrGa12O19 и приведены на рис.1. В отличии от [4], где частота диэлектрического резонанса была равна ∼ 52 ГГц, в нашей работе толщина подложки была вы-брана таким образом, чтобы частота диэлектриче-ского резонанса лежала в диапазоне частот 50-51 ГГц, т. е. интенсивность магнитостатической моды в области гибридизации была соизмерима с интенсив-ностью диэлектрического резонанса и что не было обеспечено в [4].

Характеристическое уравнение для собственных частот связанных колебаний имеет вид [2]:

( )( )( ) ( ) 02 =−−−−−− ωωωωωωωωωω µνννµν nnn KB

где nω – собственная частота электромагнитной мо-

ды, , v µω ω – собственные частоты магнитостатиче-

ских мод, nvB и vnK – коэффициенты связи. Реше-ния (1) и результаты измерений для ДО и насыщенно-го состояния приведены на рис. 2., 3, соответственно.

0 2 4 6 844

46

48

50

52

54

FMR for saturated sample

FMR in DA

Dielectric resonance

Ho, kOe

ω/2π, GHz

Рис. 1. Экспериментальные полевые зависимости резонансных частот для эпитаксиальной пленки бариевого гексаферрита (толщина пленки 8 µm,

подложки-460 µm). Fig. 1. Experimental field dependencies of the resonant frequencies for epitaxial film of barium ferrite (8-µm film

thickness, substrate - 460 µm)

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

50

51

52

Ho kOe

ω/2π,GHz

FMR in DADielectric resonance

Рис. 2. Теорет. и эксперим. зависимости в ДО. Fig. 2. Theoretical and experimental dependencies in DA

Calculated results are shown with solid lines

2007ѝ17thѝInt.ѝCrimeanѝConferenceѝ“Microwaveѝ&ѝTelecommunicationѝTechnology”ѝ(CriMiCo’2007).ѝ10-14ѝSeptember,ѝSevastopol,ѝCrimea,ѝUkraineѝ©ѝ2007:ѝCriMiCo’2007ѝOrganizingѝCommittee;ѝWeberѝCo.ѝISBN:ѝ978-966-335-014-1.ѝIEEEѝCatalogѝNumber:ѝ07EX1742ѝ 563

4 5 6 7 8

46

48

50

52

54

56

FMR for saturated sample

ω/2π, GHz

Ho, kOe

Dielectric resonance

Рис. 3. Теоретические и экспериментальные зависимости в насыщенном состоянии

Расчет – сплошные линии. Fig. 3. Theoretical and experimental dependencies for

saturated sample. Calculated results are shown with solid lines

lII. Заключение Экспериментально показано, что гибридизация

электромагнитной и магнитостатической мод проис-ходит не только для намагниченного до насыщения ферритового слоя, но и при наличии регуляризован-ной структуры цилиндрических магнитных доменов. На основе теоретической модели [2] получено хоро-шее совпадение расчетных характеристик с экспе-риментальными данными.

lV. Список литературы [1] Zavislyak I. V., Kostenko V. I., Chamor T. G., Chevnyuk L. V.

Coupled ferrite-dielectric resonances in epitaxial barium ferrite films // Moscow International Symposium on Magnet-ism M. V. Lomonosov Moscow State University, (MisM), Moscow, (Russia).Materials conf. - 2005. – P. 604-605.

[2] Auld B. A. Coupling of electromagnetic and magnetostatic modes in ferrite-loaded cavity resonators // J. Appl. Phys. – 1963. - 34, № 6. - P. 1629-1633.

[3] Ильченко М. Е., Мелков Г. А., Мирских Г. А. Твердотель-ные СВЧ фильтры. – 1977. – 120 с.

[4] Chamor T. G., Gorpynyuk A. Yu., Kostenko V. I., Chevnyuk L. V. Composite solid-state resonators based on single axis barium ferrite epitaxial films // Proc. of the I International conference “Electronics and applied physics”. – Kyiv (Ukraine), 2005. - P. 40-41.

[5] Попов М. А., Загородний В. В. Связанные электромаг-нитно – спиновые колебания в слоистой структуре с гек-саферритом стронция – В кн.: 3–я Международная мо-лодежная научно – техническая конференция. [Севасто-поль, 16-21 апреля, 2007. – С. 242].

HYBRIDIZATION OF ELECTROMAGNETIC AND MAGNETOSTATIC MODES IN

EPITAXIAL BaFe12O19 FILMS IN THE DOMAIN AREA

Chamor T. G., Gorpynyuk A. Yu.,

Kostenko V. I., Chevnyuk L. V. Taras Shevchenko National University of Kyiv

Kyiv, 01033, Ukraine Ph.: +38044-5266403, e-mail: ctamila@univ.kiev.ua,

vikos@univ.kiev.ua

Abstract – Coupled ferrite-dielectric oscillations (FDO) in the epitaxial film of uniaxial barium hexaferrite in a domain area (DA) and at saturation have been investigated theoretically and experimentally. For the first time the hybridization of high-frequency branch of FMR with a dielectric resonance mode have been found with the presence of magnetic bubbles lattice.

l. Introduction Uniaxial hexaferrites and, in particular BaFe12O19, because of

its large uniaxial magnetocrystalline anisotropy energy can be used in the unmutual devices of millimeter range of UHF. In work [1] coupled [2-3] FDO were discovered in the barium ferrite epi-taxial film grown on the substrates of strontium hexagallate (SrGa12O19). Hybridization of dielectric and magnetostatic modes took place only in the area of the saturation and absent in the domain area [4]. Researches [5] of the sandwich structure, con-taining the strontium hexaferrite plate and quartz substrate, are also conducted for the magnetized to the saturation and not con-ducted in DA. The real work interaction of the electromagnetic and magnetostatic modes is investigated in epitaxial films of BaFe12O19 in the DA as well as the saturated area.

ll. Main Part Experimental researches have been carried out conducted

on the epitaxial BaFe12O19 film grown on the substrate of stron-tium hexagallate by liquid-phase epitaxy method. In a difference from work [4], where frequency of dielectric resonance was equal ~ 52 GHz, in our work the thickness of substrate was chosen so that frequency of dielectric resonance lay in an fre-quency range 50 - 51 GHz.

Characteristic equation for eigenfrequencies of coupled oscillations is given by:

( )( )( ) ( ) 02 =−−−−−− ωωωωωωωωωω µνννµν nnn KBwhere nω – eigenfrequency of electromagnetic mode,

, v µω ω – eigenfrequencies of magnetostatic modes, nvB

and vnK – coupling factors.

lll. Conclusion It is experimentally shown that hybridization of electromag-

netic and a magnetostatic mode takes place not only for the ferrite layer magnetized to the saturation as well as in the pres-ence of the regularized structure of magnetic bubbles. On the basis of theoretical model [2] has been got the good coinci-dence of estimated performances with experimental data.