П.А. Попов – инженер,
ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Москва)
E-mail: paavali.popov@gmail.com
А.Р. Сафин – доцент, ст. науч. сотрудник, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Москва)
E-mail: arsafin@gmail.com
С.А. Никитов – д.ф-м.н., директор,
ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Москва)
E-mail: nikitov@cplire.ru
Постановка проблемы. На сегодняшний день в сферах, связанных с экспериментальной и прикладной физикой, существует проблема нехватки методов и устройств для генерации и приема сигналов в диапазоне частот 0,1–10 ТГц. Одним из решений данной проблемы могут стать устройства, основанные на принципах спинтроники. Так, в одной из работ было показано, что в двуслойной структуре из слоев платины и антиферромагнетика возможна генерация сигналов терагерцевых частот, управляемая электрическим током в платине, вызывающим посредством момента переноса спина (STT) автоколебания намагниченности в антиферромагнетике. Однако найденные плотности электрического тока 108 – 109 А/см2, необходимые для начала генерации, представляют определенную проблему для применения в реальных устройствах. Одним из путей преодоления данного ограничения является рассмотрение динамики намагниченности антиферромагнетика с учетом магнитоупругого взаимодействия.
Цель. Построить физическую модель и вывести уравнения, описывающие магнитную динамику в многослойной системе из слоев платины, антиферромагнетика и пьезоэлектрика с учетом STT и магнитоупругого взаимодействия. Результат. Выведены уравнения, описывающие динамику намагниченности подрешеток антиферромагнетика с учетом вклада от электрического тока в слое платины, статичных механических напряжений в слое антиферромагнетика и деформаций, вызванных электрическим полем в слое пьезоэлектрика. На основе выведенных уравнений найдены решения, описывающие затухающие колебания и автоколебания намагниченности, условия реализации этих решений, а также зависимости частоты и амплитуды колебаний от величины электрического тока в платине и электрического поля на пьезоэлектрике. Получены графические зависимости для материальных параметров антиферромагнитного NiO и пьезокерамики PZT-5H.
Практическая значимость. Результаты указывают на возможность управления параметрами колебаний в системе с помощью электрического тока и электрического поля, позволяя подстраивать частоту, амплитуду и пороговые условия для разных типов колебаний. При этом система, находящаяся в состоянии затухающих колебаний, может быть использована для резонансного поглощения излучения и, таким образом, применена в качестве узкополосного детектора. Система в состоянии автоколебаний может быть использована для генерации сигналов.
- Khymyn R., Lisenkov I., Tiberkevich V., Ivanov B.A., Slavin A. Antiferromagnetic THz-frequency Josephson-like Oscillator Driven by Spin Current // Scientific reports. 2017. № 7. Р. 43705.
- Popov P., Safin A., Nikitov S. Influence of elastic stress on THz-frequency oscillations in antiferromagnets // 2019 International Congress on Ultrasonics. 2019. Р. 58.
- Popov P.A., Safin A.R., Nikitov S.A. Thz-frequency oscillations in antiferromagnets with magnetoelastic coupling // VII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism» EASTMAG–2019. 2019. V. 1. Р. 171−172.