磁性材料在微波及太赫茲波段的動力學(xué)研究.pdf

1、磁性材料在微波及太赫茲波段的動力學(xué)的研究和應(yīng)用已開展多年。由于近年來光子晶體和負(fù)折射系數(shù)材料的發(fā)展，微波傳導(dǎo)的低能耗和諧振器件的小型化逐漸受到重視。在這些領(lǐng)域人們進(jìn)行了多方面有益的探索，如磁性微波光子晶體和開口諧振環(huán)的磁響應(yīng)。另一方面，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對磁性介質(zhì)數(shù)據(jù)存儲速度的要求越來越高，促使科研工作者不斷探索新的磁化態(tài)操控技術(shù)。由激光脈沖激發(fā)的超快磁矩翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究，使人們意識到這一技術(shù)有可能成為下一代更快的磁存儲技

2、術(shù)的基礎(chǔ)，該領(lǐng)域的工作逐漸成為凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)之一。
　　本工作首先運(yùn)用調(diào)節(jié)磁場的方法實(shí)現(xiàn)了對微波段磁性光子晶體帶隙的調(diào)制，該系統(tǒng)由鐵磁柱體材料組成的二維磁性光子晶體所構(gòu)成。除了由光子晶體周期結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的布拉格散射帶隙，我們在實(shí)驗(yàn)中還觀測到了另外兩種光子帶隙：分別來自于磁性表面等離子體共振和自旋波共振。其中，磁性表面等離子體可視為金屬表面等離子體在鐵磁材料表面的類比物理量，其共振所引起的光子帶隙具有外場可調(diào)的特殊性質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)對

3、于光子晶體波導(dǎo)理論和應(yīng)用的研究都具有重要意義。
　　在上述磁性光子晶體帶隙理論及實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，我們通過特定的實(shí)驗(yàn)方法制備了具有單向?qū)Рㄌ匦缘拇判员砻娴入x子體微波波導(dǎo)。當(dāng)電磁波的頻率處于磁性表面等離子體共振頻率區(qū)域，由二維磁性光子晶體陣列構(gòu)成的波導(dǎo)具有不對稱的電磁波傳輸特性：即在由兩個二維周期陣列（每個陣列外加方向相反的靜磁場）所構(gòu)成的導(dǎo)波通道中，電磁波只沿著一個方向傳播，而在其反方向的傳播被顯著抑制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該波導(dǎo)的單向傳輸

4、特性不受金屬障礙物和光子晶體周期性破壞的影響；更重要的是，其單向?qū)Рǖ墓ぷ黝l率可由外加磁場調(diào)制。理論研究表明：這一現(xiàn)象源自于磁性表面等離子體能帶結(jié)構(gòu)的時間反演對稱破缺，類比于二維電子系統(tǒng)中的量子霍爾效應(yīng)的手性邊緣傳輸現(xiàn)象。
　　開口諧振環(huán)作為一種新型的電磁波諧振系統(tǒng)，其共振頻率克服了傳統(tǒng)散射波長的限制，尺寸可達(dá)到共振頻率波長的1/10甚至更小?；趯﹂_口諧振環(huán)的磁共振響應(yīng)特性的研究，本工作運(yùn)用濺射和光刻方法制備了一種新型的不共面開

5、口諧振環(huán)。區(qū)別于傳統(tǒng)的共面開口諧振環(huán)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不共面開口諧振環(huán)的共振頻率與環(huán)-環(huán)間距具有線性關(guān)系。環(huán)-環(huán)間距越小，其共振頻率越低。當(dāng)環(huán)-環(huán)間距達(dá)到微米級別，發(fā)生磁共振時其幾何尺寸可達(dá)到波長的1/120。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為天線的小型化研究提供有益參考。
　　本工作通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了鐵磁薄膜的超快退磁效應(yīng)可輻射出太赫茲波，并且發(fā)現(xiàn)了鐵磁薄膜受激光脈沖激發(fā)后，其輻射出的太赫茲波的強(qiáng)度與薄膜本身的阻尼系數(shù)成明顯的線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)采用磁控濺射方法制