微波磁性器件基礎(chǔ)

目錄
第1章 磁化動(dòng)力學(xué)方程 1
1.1 磁化動(dòng)力學(xué)過程概述 1
1.2 磁矩與拉莫爾進(jìn)動(dòng) 2
1.2.1 磁矩與角動(dòng)量 2
1.2.2 原子磁矩的拉莫爾運(yùn)動(dòng)方程 4
1.3 磁介質(zhì)的磁化動(dòng)力學(xué)方程 6
1.3.1 無阻尼時(shí)的磁化動(dòng)力學(xué)方程 6
1.3.2 有阻尼時(shí)的磁化動(dòng)力方程 7
1.4 磁介質(zhì)的能量與布朗方程 10
1.4.1 磁介質(zhì)的能量 10
1.4.2 磁介質(zhì)的特征長(zhǎng)度 14
1.4.3 布朗方程 15
1.5 隨機(jī)與高溫磁化動(dòng)力學(xué)方程 16
1.5.1 有限溫度的隨機(jī)磁化動(dòng)力學(xué)方程 16
1.5.2 高溫情形的Landau-Lifshitz-Bloch方程 17
1.6 微磁學(xué)仿真簡(jiǎn)介 18
1.6.1 微磁學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法 19
1.6.2 微磁學(xué)仿真軟件包及仿真流程 20
參考文獻(xiàn) 22
第2章 一致進(jìn)動(dòng)與張量磁導(dǎo)率 24
2.1 靜態(tài)磁導(dǎo)率與復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率 24
2.1.1 靜態(tài)磁化過程下的磁導(dǎo)率 24
2.1.2 各向同性磁介質(zhì)在動(dòng)態(tài)磁化過程下的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率 25
2.2 無界磁介質(zhì)的張量磁導(dǎo)率 26
2.2.1 理想磁介質(zhì)的張量磁導(dǎo)率 26
2.2.2 有損耗磁介質(zhì)的張量磁導(dǎo)率 29
2.3 圓極化交變場(chǎng)作用于無界旋磁介質(zhì)時(shí)的磁導(dǎo)率 31
2.3.1 圓極化場(chǎng)的概念 32
2.3.2 圓極化場(chǎng)作用下的標(biāo)量磁導(dǎo)率 33
2.3.3 正負(fù)圓極化場(chǎng)作用下的標(biāo)量磁導(dǎo)率的特性 34
2.4 有界旋磁介質(zhì)的張量磁導(dǎo)率 35
2.4.1 形狀各向異性對(duì)鐵磁共振頻率的影響 35
2.4.2 形狀各向異性對(duì)張量磁導(dǎo)(化)率的影響 38
2.5 磁性薄膜的張量磁導(dǎo)率 39
2.5.1 面內(nèi)磁化薄膜的張量磁導(dǎo)率 39
2.5.2 垂直磁化薄膜的張量磁導(dǎo)率 41
2.6 低場(chǎng)損耗與未飽和態(tài)磁介質(zhì)的張量磁導(dǎo)率 42
2.6.1 低場(chǎng)共振損耗與Polder-Smit效應(yīng) 43
2.6.2 未飽和態(tài)磁介質(zhì)的張量磁導(dǎo)率 46
2.7 張量磁導(dǎo)率的歸一化表示 51
參考文獻(xiàn) 53
第3章 非一致進(jìn)動(dòng)與自旋波 55
3.1 自旋波的概念 56
3.1.1 自旋波與磁振子 56
3.1.2 自旋波的分類 57
3.2 磁性薄膜中的靜磁自旋波 59
3.2.1 靜磁自旋波的色散特性概述 59
3.2.2 沃克方程 61
3.2.3 磁性薄膜中的靜磁自旋波色散關(guān)系的求解 63
3.3 體磁介質(zhì)中的偶極-交換作用自旋波 70
3.3.1 無界磁介質(zhì)中偶極-交換作用自旋波的求解思路 70
3.3.2 有界磁介質(zhì)中偶極-交換作用自旋波的特性 73
3.4 磁性薄膜中的偶極-交換作用自旋波 74
3.4.1 交換邊界條件與薄膜中的垂直自旋駐波 74
3.4.2 磁性薄膜中的偶極-交換自旋波色散關(guān)系 76
參考文獻(xiàn) 78
第4章 磁共振與線寬 80
4.1 鐵磁共振的微觀機(jī)理與鐵磁共振線寬 80
4.1.1 鐵磁共振的微觀機(jī)理 80
4.1.2 鐵磁共振線寬 81
4.2 鐵磁共振頻率的通用求解方法 83
4.2.1 鐵磁共振頻率的Smit-Suhl求解法 83
4.2.2 具有單軸與立方混合各向異性的磁性薄膜的鐵磁共振頻率 85
4.3 鐵磁共振線寬與磁損耗的關(guān)系 91
4.3.1 本征鐵磁共振線寬與阻尼因子的關(guān)系 91
4.3.2 磁損耗途徑與損耗機(jī)制概覽 92
4.3.3 本征磁損耗 94
4.3.4 非本征磁損耗 96
4.4 有效線寬 99
4.4.1 有效線寬的定義 99
4.4.2 有效線寬的測(cè)量 100
4.5 亞鐵磁與反鐵磁共振 103
4.5.1 亞鐵磁共振 103
4.5.2 反鐵磁共振 105
4.6 鐵磁共振線寬測(cè)試儀及表征的參數(shù) 106
4.6.1 鐵磁共振測(cè)試儀簡(jiǎn)介 106
4.6.2 鐵磁共振測(cè)試儀測(cè)試參數(shù)的解析方法 108
參考文獻(xiàn) 111
第5章 電磁波與旋磁介質(zhì)的相互作用 114
5.1 無界旋磁介質(zhì)中的波方程與平面波解 114
5.1.1 旋磁介質(zhì)的波方程 114
5.1.2 無耗旋磁介質(zhì)波方程的平面波解 115
5.2 均勻平面波在無界旋磁介質(zhì)中的傳播特性 117
5.2.1 縱向磁化情況——法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)與差相移效應(yīng) 117
5.2.2 橫向磁化情況——雙折射效應(yīng) 121
5.3 置有旋磁介質(zhì)片的矩形波導(dǎo) 123
5.3.1 縱向場(chǎng)分析法與旋磁介質(zhì)的縱向場(chǎng)方程 123
5.3.2 完全充滿旋磁介質(zhì)片的矩形波導(dǎo)的TEn0模 125
5.3.3 置有單片旋磁介質(zhì)片的矩形波導(dǎo)的TEn0模 126
5.3.4 對(duì)稱地置有二片橫向磁化旋磁介質(zhì)片的矩形波導(dǎo)的TEn0模 129
5.3.5 置有旋磁介質(zhì)矩形波導(dǎo)中的差相移效應(yīng) 130
5.3.6 置有旋磁介質(zhì)矩形波導(dǎo)中的場(chǎng)移效應(yīng) 131
5.4 填充有旋磁介質(zhì)的圓波導(dǎo) 132
5.4.1 全填滿旋磁介質(zhì)的圓波導(dǎo)的特性 132
5.4.2 微擾法求解填充旋磁介質(zhì)的圓波導(dǎo)的傳輸特性 134
5.5 帶線微波磁性器件的邊導(dǎo)模 140
參考文獻(xiàn) 145
第6章 微波旋磁器件的工作原理 146
6.1 微波旋磁器件概述 146
6.2 隔離器 147
6.2.1 隔離器的性能指標(biāo) 148
6.2.2 法拉第旋轉(zhuǎn)隔離器 148
6.2.3 場(chǎng)移式隔離器 150
6.2.4 諧振式隔離器 152
6.2.5 邊導(dǎo)模隔離器 154
6.3 環(huán)行器 155
6.3.1 法拉第旋轉(zhuǎn)式環(huán)行器 156
6.3.2 差相移環(huán)行器 157
6.3.3 結(jié)環(huán)行器 158
6.4 移相器 164
6.4.1 非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)移相器 164
6.4.2 橫場(chǎng)式差相移移相器 165
6.4.3 鎖式移相器 166
6.5 微波單晶磁調(diào)器件 167
6.5.1 YIG單晶諧振器 167
6.5.2 磁調(diào)濾波器 171
6.5.3 磁調(diào)振蕩器 172
參考文獻(xiàn) 175
第7章 旋磁器件的非線性效應(yīng) 176
7.1 非線性效應(yīng)的分類 176
7.2 自旋波線寬 177
7.2.1 自旋波線寬的定義 177
7.2.2 自旋波線寬的表征 178
7.3 第一類非線性效應(yīng) 179
7.3.1 第一類非線性效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理 179
7.3.2 第一類非線性效應(yīng)產(chǎn)生的臨界場(chǎng) 181
7.3.3 第一類非線性效應(yīng)的抑制措施 186
7.4 第二類非線性效應(yīng) 187
參考文獻(xiàn) 189
第8章 磁振子器件基礎(chǔ) 191
8.1 概述 191
8.2 自旋波的激勵(lì)與探測(cè) 193
8.2.1 微波天線的激勵(lì)與探測(cè) 193
8.2.2 布里淵光散射譜探測(cè)技術(shù) 195
8.2.3 自旋波的電探測(cè)技術(shù) 197
8.3 均勻波導(dǎo)的自旋波傳播特性 199
8.3.1 均勻波導(dǎo)的色散關(guān)系 199
8.3.2 均勻波導(dǎo)中自旋波傳播現(xiàn)象 201
8.4 磁振子晶體 207
8.4.1 概述 207
8.4.2 磁振子晶體的能帶形成機(jī)理 209
8.4.3 磁振子晶體的種類 209
8.4.4 磁振子晶體傳播特性的理論求解方法 210
8.5 自旋波邏輯門及關(guān)鍵器件的研究進(jìn)展 212
8.5.1 自旋波邏輯門的工作原理 212
8.5.2 自旋波邏輯門的關(guān)鍵器件——移相器的研究進(jìn)展 213
參考文獻(xiàn) 220
第9章 基于自旋流的微波磁電子學(xué)基礎(chǔ) 223
9.1 自旋流的概念 223
9.1.1 電流與自旋流 223
9.1.2 自旋流的分類 224
9.2 自旋極化電流 226
9.2.1 自旋極化電流的產(chǎn)生 226
9.2.2 界面自旋積累與注入 228
9.3 純自旋流的產(chǎn)生 229
9.3.1 基于自旋軌道耦合作用產(chǎn)生自旋流 229
9.3.2 自旋泵浦效應(yīng)產(chǎn)生自旋流 234
9.4 自旋轉(zhuǎn)矩效應(yīng)及動(dòng)力學(xué)方程 237
9.4.1 自旋轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)矩效應(yīng)及動(dòng)力學(xué)方程 237
9.4.2 自旋軌道轉(zhuǎn)矩效應(yīng)及動(dòng)力學(xué)方程 240
9.4.3 自旋轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)矩效應(yīng)與自旋軌道轉(zhuǎn)矩效應(yīng)的比較 242
9.4.4 自旋轉(zhuǎn)矩對(duì)磁化過程的影響與應(yīng)用 244
9.5 自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器 246
9.5.1 工作原理 246
9.5.2 自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器的器件結(jié)構(gòu) 247
9.6 自旋轉(zhuǎn)矩微波探測(cè)器 249
9.6.1 工作原理 249
9.6.2 自旋轉(zhuǎn)矩微波探測(cè)器的工作模式及特點(diǎn) 249
參考文獻(xiàn) 252