Механизм закрепления спинов при возбуждении СВР в двухслойных пленках с орторомбической анизотропией

Для возбуждения спин-волнового резонанса (СВР) в магнитной пленке необходимо закрепление спинов на одной или обеих границах слоя возбуждения.

В настоящее время известны и подробно исследованы несколько механизмов закрепления спинов: закрепление, обусловленное наличием поверхностной анизотропии, динамический и диссипативный механизмы закрепления.

Степень закрепления спинов в первом случае описывается с помощью одного трудно измеряемого и плохо контролируемого параметра — константы поверхностной анизотропии, которая является интегральной характеристикой намагниченности, поля анизотропии и толщины поверхностного слоя и не учитывает зависимость степени закрепления от величины и направления магнитного поля [4].

• ©    М. А. Бакулин, А. М. Зюзин, В. В. Радайкин, 200/

Динамический механизм закрепления спинов [4; 5] связан с неоднородным (например, скачкообразным) распределением поля однородного резонанса H_Q по толщине пленки. Такое распределение поля можно получить в многослойных пленочных структурах с различным значениям эффективного поля одноосной анизотропии или гиромагнитного отношения в слоях.

Характерной особенностью спектров СВР, возбуждение которых обусловлено динамическим механизмом закрепления спинов, является их сильная анизотропность, связанная с зависимостью степени закрепления от направления постоянного магнитного поля н относительно плоскости пленки. При изменении угла изменяется также область возбуждения гармонических спиновых волн. В частности, наблюдается сильная зависимость числа возбуждаемых СВ-мод от угла между внешним полем и нормалью к плоскости пленки 0_Н или от температуры. При некотором значении угла 0_Н в одноосных пленках, при котором поля однородного резонанса становятся одинаковы, спектр СВР перестает возбуждаться [2].

При возбуждении переменной намагниченности в дву- или трехслойных пленках с сильно различающимися значениями параметра затухания в слоях проявляется еще один механизм закрепления спинов, связанный со специфическими условиями из-за наличия слоя с сильной диссипацией. То обстоятельство, что амплитуда переменной намагниченности m или угол прецессии в слое (слоях) с большим значением (с^ / ае) даже в условиях однородного резонанса в Т раз меньше, чем в слое с малым «(ctj, должно приводить при возбуждении резонансной прецессии в обменно-связанных слоях к возникновению узла стоячей спиновой волны на границе раздела слоев или вблизи нее. Такой механизм закрепления спинов можно назвать диссипативным. Так как спиновые волны всегда возбуждаются в слое с малым параметром затухания, спектры СВР при данном механизме закрепления изотропны.

Целью настоящей работы являлось исследование отличного от вышеописанных механизма закрепления спинов, возникающего при возбуждении резонансной прецессии в двухслойной пленке, обладающей орторомбической анизотропией.

Сущность его заключается в следующем. Как известно, при возбуждении ФМР в случае, когда поле Н не совпадает с осью анизотропии, при возбуждении резонансной прецессии движение конца вектора м совершается по эллиптической траектории [1], (рис. 1). Но так как орторомбическая анизотропия в слоях имеет разный знак, эллипсы повернуты на 90°. В этом случае возникновение резонансной прецессии возможно только в том случае, когда узел спиновой волны располагается на границе слоев. Таким образом, может возникнуть закрепление, механизм возникновения которого отличен от вышеописанных.

Был проведен расчет спектров СВР. При расчете использовалась следующая модель пленки (показана на рис. 1): слои параллельны плоскости ХОУ, граница раздела слоев имеет координату Z = 0. Магнитное поле перпендикулярно плоскости пленок.

Рисунок 1

Прецессия векторов намагниченности в слоях

Параметры слоев так, чтобы поля одно[ совпадали:

Н^ = 1000 Ое

Hv = -2 9П№ d^ - 1,99 pun

7     -1 -1

у, = 1,76 10 Ое s

4TWj = 1760 Gs

-7         -1

• A] = 3,7-10 erg cm

Затухание при рас новые волны в слоях ческими.

нки были подобраны ого резонанса в слоях н7 = -1000 Ое

Н^ = 500 Ое с^2 = 2 pun ■        7 -I -1

у 7 = 1,76-10 Ое г

4Ш₂ =1760 Gs

-7       -1

А2 = 3,7 • 10 erg ст не учитывалось. Спи-дполагались гармони-

m, = ?nj° cos (k_v (z - d^));

0                      0)

Mj = m2 cost^U+ ^2))’

При расчете были использованы следующие граничные условия:

	_ т2	А, дтТ	А2 dm.
М]	М^	М. дг z=0      1	'м2 dz	(2) c=O

которые были преобразованы к виду:

^Л1Р1^1^ (Ml )^{+ А}2^2^к2^ (^k2^d2 ) ^{= 0;}

и дисперсионные соотношения, соответствующие данной ориентации пленки:

	\ ш	2	Н + Н;“	2А, 2 + Ат	X
						(3)
X	Н + Н^ + Н;“			+ ^».2
				М, J

где i — номер слоя, Н^1 — эффективное поле кг одноосной анизотропии, Нt — поле орторомбической анизотропии, А.— константа обмена, М. — намагниченность слоя, 0 — параметр эллиптичности, d. — толщина слоя.

Параметр эллиптичности определялся из уравнения движения намагниченности:

Н + НкГ + — R2

Р                                         ■ тх       /“

Расчет производился по следующей схеме: для каждого значения напряженности поля из выражения (3) определялись значения волнового вектора и параметра эллиптичности для каждого слоя и проверялись граничные условия.

Полученное распределение переменной намагниченности по толщине пленки для первых четырех мод представлено на рисунках.

Рисунок 2

Распределение переменной намагниченности по толидине пленки

"56    .....5...... <0         15        20        25

(n + -/2)2

Рисунок. 3

Дисперсионная кривая

Как следует из рис. 3. закон дисперсии спиновых волн имеет квадратичный характер.

Данный механизм закрепления спинов проявляется в чистом виде только при равенстве резонансных полей в разных слоях. При других условиях рассмотренный механизм будет выступать добавочным к другим механизмам закрепления спинов.

Таким образом, в двухслойной пленке с орторомбической анизотропией возможно возбуждение СВР, обусловленного рассмотренным выше механизмом закрепления спинов.