Управление антиферромагнитным осциллятором терагерцевых частот через магнитоупругое взаимодействие

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.