Київський національний університет імені Тараса Шевченка

СЕРГА Олександр Олександрович

УДК 538.245

параметрична взаємодія спінових хвиль та коливань
з нестаціонарною локальною накачкою

01.04.03 – Радіофізика

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

Київ-2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в
Київському національному університеті імені Тараса Шевченка.

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор
Мелков Генадій Андрійович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

радіофізичний факультет, професор кафедри кріогенної і мікроелектроніки.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор,
член-кореспондент НАН України Рябченко Сергій Михайлович,
Інститут фізики НАН України, завідувач відділу фізики магнітних явищ;

доктор фізико-математичних наук, професор,
член-кореспондент НАН України Погорілий Анатолій Миколайович,
Інститут магнетизму НАН України, завідувач відділу тонких плівок;

доктор фізико-математичних наук, професор Ляшенко Микола Іванович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,
радіофізичний факультет, професор кафедри квантової радіофізики.

Провідна установа:

Національний технічний університет України

"Київський Політехнічний Інститут" (радіотехнічний факультет),

Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться 30 жовтня 2006 року о 15 годині

на засіданні спеціалізованної вченої ради Д .001.31 при Київському

національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою:

01017, м. Київ, проспект Глушкова, 2, корпус 6, радіофізичний факультет.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського наці-о-нального

університету імені Тараса Шевченка

(01017, Україна, м.Київ, вул. Воло-димирська, 62).

Автореферат розісланий "21" вересня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат фіз.-мат. наук О. І. Кельник

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Взаємодія коротких порівняно з часами релаксаціїї пакетів електромагнітних хвиль з речовиною має складний – суттєво нестаціонарний, а в багатьох випадках ще й нелінійний характер. Дослідження таких взаємодій на прикладі ансамблю спінових збуджень в магнітній підсистемі твердого тіла, вивчення впливу амплітудно-модульованого електромагнітного випромінювання на цуги лінійних та нелінійних спінових хвиль дозволяє експериментально моделювати та теоретично аналізувати поведінку складних багатомодових нелінійних систем в нестаціонарному режимі, спостерігати нові ефекти і явища, цікаві для фундаментальної науки та перспективні з точки зору практичних застосувань, зокрема в цифрових системах передачі та обробки інформації.

Актуальність теми дисертаційної роботи, таким чином, обу-мов-лю-єть-ся можливістю використання процесів взаємодії змінного електро-магніт-но-го поля із власними збудженнями магнітовпорядкованих середовищ для ство-рення новітніх пристроїв спінхвильової електроніки, призначених для об-роб-ки імпульсних сигналів безпосередньо в НВЧ діапазоні електро-маг-ніт-них хвиль (підсилювачі, конвольвери, керовані лінії затримки та ін.), а також тим, що спільність фізичної сутності цілої низки явищ нелінійної оп-ти-ки та спінхвильової електродинаміки дозволяють поширити отримані ре-зуль-тати та висновки далеко за межі фізики магнітних середовищ, вико-ри-с-тав-ши їх при дослідженні динаміки оптичних солітонів та розробці оп-то-во-ло-кон-них солітонних ліній передачі даних, параметричних під-си-лю-ва-чів світла, пристроїв затримки світлових імпульсів, тощо.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота над дисертацією виконувалась на базі:

? Київського національного університету імені Тараса Шевченка в рамках держбюджетних науково-дослідних робіт № 97032 “Надвисокочастотні інформаційні властивості шаруватих магнітовпорядкованих структур” (№ держреєстрації: 0197U003271), № 97038 “Нелінійні коливання та хвилі надвисоких частот у високотемпературних надпровідниках та магнетиках” (№ держреєстрації: 0197U003174), № 01БФ052-01 “Енергетично ефективні методи передачі та обробки сигналів НВЧ та оптичного діапазону” (№ держреєстрації: 0101U002878) та проекту Державного фонду фундаментальних досліджень № 2.4/707 “Взаємодія солітонів спінових хвиль з електромагнітним випромінюванням” (№ держреєстрації: 0197U003332).

? Кайзерслаутернського технологічного університету (м. Кайзерслаутерн, Німеччина – Kaiserslautern Technische Universitдt, Kaiserslautern, Deutschland) в рамках проекту “Динаміка нелінійних пакетів спінових хвиль” (Deutsche Forschungsgemeinschaft Hi 380/13-1 та Hi 380/13-2 “Dynamics of nonlinear spin wave packets”.)

Дослідження також підтримувались Національним науковим фондом США (National Science Foundation of the U.S.A., грант DMR-9701640) та Фондом цивільних досліджень та розвитку США для незалежних держав колишнього Радянського Союзу (U.S. Civilian Research & Development Foundation, грант UP1-2120).

Автор керував напрямком “Нелінійні властивості магнітних та надпровідних матеріалів на надвисоких частотах” НДР № 01БФ052-01, виконував обов’язки відповідального виконавця проекту ДФФД № 2.4/707 та працював над темами вище зазначених науково-дослідних робіт у якості дослідника.

Науковою задачею роботи стало визначення механізмів та ха-рак-те-рис-тик взає-модії мі-кро-хви-льо-во-го електромагнітного випро-мі-ню-ван-ня з лі-ній-ними цу--гами та солітонами спінових хвиль. При цьому роз-в’я-зу-вались наступні зада-чі:

забезпечення умов для формування солітонів огинаючої спінових хвиль та контролю їх характеристик;

створення експериментальних секцій, що забезпечили б ефективну вза-ємодію спінових хвиль, зокрема зворотних об’єм-них магніто-статичних хвиль (ЗОМСХ), з локалізованою парамет-ричною на-кач-кою за суттєвої зміни ступеню локалізації останньої;

вивчення та мінімізація впливу параметрично збуджених обмінних спінових хвиль на корисний сигнал;

реалізація підсилення, фазового спряження хвильового фронту та обер-нення в часі цугів магнітостатичних хвиль;

виз-начення залежностей амплітуди параметрично підсилених та обер-не-них пакетів дипольних спінових хвиль від тривалості та потужності накачки, моменту її подачі;

вив-чення змін часу поширення, еволюції форми огинаючої (три-валість, кількість та положення максимумів, профіль) та характеристик несучої (частота, фаза) хви-льо-вих пакетів після їх вза-є-модії з накачкою;

фік-сація змін в динаміці одномірних та двомірних солітонів огинаючої ЗОМСХ (моменти фор-му-вання фундаментального со-лі-то-на та со-лі-то-нів вищих порядків, колапс спін-хвильового буллета) при їх вза-є-мо-дії з електромагнітним полем.

Об’єкт дослідження – нестаціонарні нелінійні процеси в магніто-впо-ряд-ко-ва-них середовищах.

Предмет дослідження – параметрична взаємодія спі-но-вих хвиль з не-ста-ці--онарною локальною накачкою в епітаксійних плів-ках залізо-ітрієвого грана-та (ЗІГ) *.

Методами експериментального дослідження були:

? метод прямого підсилення та детектування НВЧ електромагнітних хвиль для спостереження огинаючої НВЧ сигналів;

? метод розсіяння світла Брилюена-Мандельштама з часовим та просторовим розрізненням для спостереження за поведінкою двовимірних спінхвильових пакетів під час їх розповсюдження в плівках ЗІГ;

? метод інтерференції електромагнітних хвиль для визначення фази імпульсного сигналу;

? метод заміщення для вимірів амплітуд НВЧ сигналів;

? метод параметричного збудження спінових хвиль для підсилення та обернення хвильового фронту МСХ, а також для обернення релаксації спін-хвильових сигналів.

Наукова новизна визначається тим, що в роботі:

Розвинуто експериментальні методи, що вперше дозволили реалізувати ефективну взаємодію цугів біжучих спінових хвиль (СХ) з параметричною подовжньою накачкою подвійної частоти;

Детально вивчено роботу параметричного підсилювача біжучих хвиль в запороговому стані. Встановлено існування нестаціонарного та квазістаціонарного режимів підсилення. Продемонстровано можливість звуження підсилених сигналів в нестаціонарному запороговому режимі.

Вперше здійснено обернення хвильового фронту в три-хвильовому параметричному процесі першого порядку та отримано інверсію форми надвисокочастотних імпульсних спінхвильових сигналів.

Вперше реалізовано неадіабатичну параметричну взаємодію – взаємодію біжучої хвилі з накачкою, зосередженою на відрізку шляху меншому за довжину цієї хвилі. Визначено, що її характерні риси, зокрема чутливість амплітуди вихідного сигналу до фазового зсуву між накачкою та вхідним сигналом, обумовлюється інтерференцією співнапрямлених підсиленої та холостої спінових хвиль.

Вперше реалізовано взаємодію солітона огинаючої ЗОМСХ з подовжньою квазістаціонарною накачкою. Взаємодія проявилась в стисненні підсиленого солітона та зниженні порога його формування.

За рахунок звуження хвильового пакета при взаємодії з локалізованою нестаціонарною накачкою отримано підсилення фундаментального солітона ЗОМСХ з коефіцієнтом підсилення, що на порядок перевищує теоретичну межу ідеального лінійного підсилювача.

Вперше спостерігався вплив колективних коливань, збуджених в системі параметрично зв’язаних сигнальної та холостої спінових хвиль, на форму та амплітуду підсилених спінхвильових імпульсів.

Експериментально доведено, що подовжнє стиснення параметрично підсиленого та оберненого квазіодновимірних пакетів ЗОМСХ пов’язане з процесом їх еволюції в солітон огинаючої. Дане явище, що розвивається після завершення дії накачки, чітко відокремлено від звуження сигналів, спричиненого розвитком колективних коливань спінових хвиль в процесі параметричної взаємодії.

Вперше реалізовано обернення двовимірного хвильового фронту за допомогою параметричної взаємодії першого порядку.

Вперше спостерігалась параметрична генерація стійких двовимірних хвильових пакетів – спінхвильових буллетів. Доведено, що спінхвильовий буллет являє собою власну моду нелінійного дисипативного середовища з дисперсією та дифракцією

Запропоновано новий спосіб обернення релаксації коливального руху – частотно-селективне підсилення вторинних збуджень, утворених внаслідок гібридизації сигнальної хвилі з власними модами просторово неоднорідного середовища. Дієвість методу підтверджено параметричним оберненням двомагнонного (Релеєвського) розсіяння ЗОМСХ та когерентним відновленням надвисокочастотного спінхвильового сигналу за рахунок параметричного підсилення товщинних мод феритової плівки, збуджених бігучою поверхневою магнітостатичною хвилею.

Відкрито новий нелінійний тип власних коливань резонансного кільця – Мебіусівські солітонні моди, що являють собою нелінійну імпульсно- модульовану хвилю з періодом рівним подвійному часу циркуляції імпульсу кільці.

Вперше отримано подвійну луну магнітостатичних хвиль в плівках ЗІГ з використанням подовжньої параметричної накачки подвійної частоти.

Теорію параметричної магнітостатичної луни модифіковано для випадку просторової локалізації області взаємодії магнітостатичних мод. Введенням додаткового параметра релаксації, пов’язаного з виносом енергії зчитуючого імпульсу з області взаємодії, пояснено особливості явища регенерованої луни в плівках ЗІГ.

Достовірність наукових результатів забезпечується відповідністю ре-зуль-та-тів експери-мен-тальних і теоретичних досліджень, достатнім об’ємом ви-мі-рю-вань, подібністю результатів, отрима-них при вивченні одного й того ж явища різними методами в різних зразках, застосуванням сучас-ної тех-ніки та ме-тодології досліджень, а також узгодженістю результатів з даними сто-рон-ніх досліджень.

Практична значимість одержаних результатів обумовлюється, зокрема, пер-с-пективністю їх застосування до створення таких пристроїв функ-ці-о-наль-ної електроніки, як керована активна лінія затримки та пара-мет-рич-ний під-силювач імпульсних сигналів НВЧ діапазону. Розроблені методи під-си-лен-ня фундаментальних солітонів огинаючої можуть бути ви-корис-тані в со-лі-тон-них лініях передачі даних. Новий спосіб визначення часу релаксації маг-ніто-ста-тич-них хвиль методом обернення хви-льового фро-нту знайде за-сто-су-ван-ня для контролю параметрів спінових хви-ле-во-дів при виго-тов-ленні НВЧ фільт-рів на основі магніто-статичних ліній зат-римки. Керо-ва-на активна лінія за-трим-ки та параметричний підси-лю-вач на-явні у вигляді ла-бора-торних ма-кетів, спосіб визначення часу релаксації магнітостатичних хвиль та вимірю-валь-ний стенд готові до використання.

Особистий внесок здобувача полягає в участі у постановці головних задач досліджень, розробці експериментальних мето--дик, виборі та обгрун-ту-ванні методів досліджень, розробці конструкції та створенні радіотехнічних частин експериментальних установок, а також всіх вимірювальних секцій. Здобувачем виконувались планування та організація всіх ек-спе-риментальних робіт. Він брав безпосередню участь у проведенні вимірів, аналізі, інтерпре-та-ції та узагальненні отриманих результатів, розробці фізичних моделей явищ. На різних етапах роботи Ю. Коб-лян-сь-кий, А. Гор-дон, О. Олійник, А. Ба-га-да, В. Васючка, A.T.та Seong-Gi Min під ке-рів-ниц-т-вом та контролем дисертанта брали участь в на-лагодженні апа-ра-ту--ри, про-ве-ден-ні вимірів та обробці отри-ма-них да-них. Програмне забез-пе-чення для ста-тис--тич-но-го аналізу даних оптичної спект-рос-копії створено разом з А. Чумаком та О. Дзяп-ком. В. Тиберкевичем був запропонований, а здо-бу-ва-чем реалізований метод підсилення солітонів із стисненням. Теоретична частина роботи виконувалась із співавторами. Теорія па-ра-мет-рич-ної вза-є-модії цугів спінових хвиль з локалізованою в просторі не-ста-ціонарною елект-ро--маг-нітною накачкою створена спільно з Г. Мел-ко-вим, А. Славіним та В. Тиберкевичем. Моделювання по-ведін-ки спін-хви-льових солітонів в ак-тив-но-му кільці здійснено спільно з М. Кос-ти-лє-вим та Б. Ка-лі-ні-косом, а моде-люван-ня динаміки па-ра-мет-рично під-си-лених спін-хвильових булетів разом з А. Славіним та P. Wierzbicki. С. Демок-рі-то-в та B.на-да-ва-ли кон-сультативну до-по-могу в інтерпретації дослідних даних та організації оп-тич-них експе-ри-мен-тів, брали участь в постановці задач до-слід-ження Мебі-у-сів-ських солітонів. Ана-ліз мож-ли-вос-ті кван-то-во-го під-си-лення магнітостатичної луни ви-конано дисертантом на паритетних засадах з В. Даниловим та Ю. Нечипоруком. Удосконалення те-о-ре--тичної моделі луни магніто-ста-тич-них хвиль в плівках ЗІГ здійснено здо-бу-ва-чем одноосібно.

Апробація результатів дисертації здійснена їх оприлюдненням на:

50th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials, San Jose, California, USA, October-November 2005;

The Fifth International Young Scientists’ Conference on Applied Physics, Kiev, Ukraine, June 2005;

Frьhjahrstagung des Arbeitskreises Festkцrperphysic bei der DPG, Berlin, Mдrz 2005;

5th International Symposium on Metallic Multilayers (MML’04), Boulder, Colorado, June 2004;

Frьhjahrstagung des Arbeitskreises Festkцrperphysic bei der DPG, Regensburg, Mдrz 2004;

9th Joint MMM/Intermag Conference, Anaheim, California, January 2004;

International Conference on Magnetism (ICM2003), Roma, Italy, July 2003;

The Third International Young Scientists’ Conference on Applied Physics, Kiev, Ukraine, June 2003;

Frьhjahrstagung des Arbeitskreises Festkцrperphysic bei der DPG, Dresden, Mдrz 2003;

47th Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Tampa, Florida, November 2002;

46th Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Seatle, Washington, November 2001;

International Conference on Functional Materials, Partenit, Ukraine, October 2001;

European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD’01) “Circuit Paradigm in the 21st Century”, Espoo, Finland, August 2001;

The First Seeheim Conference on Magnetism (SCM-2001), Seeheim, Germany, September 2001;

The 1st Joint European Magnetic Symposia (JEMS’01), Grenoble, France, August 2001;

8th International Symposium on Microwave and Optical Technology (ISMOT’01) Montreal, Canada, June 2001;

The First International Young Scientists’ Conference on Applied Physics, Kyiv, Ukraine, June 2001;

The 8th Joint MMM-Intermag Conference, San Antonio, Texas, USA, January 2001;

The 8th International Conference on Ferrites, Kyoto, Japan, September 2000;

International Conference on Magnetism 2000, Recife, Brazil, August 2000;

The 8th European Magnetic Materials and Applications Conference (EMMA ), Kyiv, Ukraine, June 2000;

Международная конференция “Перспективные материалы”, Киев, Украина, октябрь 1999;

The 44th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM’99), San Jose, California, USA, November, 1999;

The 11th General Conference of the European Physical Society EPS-11: Trends in Physics, London, UK, September 1999;

Centennial Meeting of the American Physical Society, Atlanta, Georgia, USA, March 1999;

The 1999 IEEE International Magnetic Conference (INTERMAG ), Kyongju, Korea, May 1999;

The 7th European Magnetic Materials and Applications Conference, Zaragoza, Spain, September 1998;

XVI международная школа-семинар “Новые магнитные материалы мик-ро-электроники”, Москва, Россия, июнь 1998;

International Conference om Microwaves & Radar (MIKON ), Krakow, Poland, May 1998;

XXVII Международная зимняя школа-симпозиум физиков-теоре-ти-ков “Коуровка-98”, Екатеринбург-Челябинск, Россия, март 1998;

The 7th Joint MMM-Intermag Conference, San-Francisco, California, USA, January 1998;

The 41st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Atlanta, Georgia, USA, November 1996;

VI European Magnetic Materials and Application Conference (EMMA-95), Vienna, Austria, September 1995.

Публікації. Результати дисертації викладено в 23 статтях в вітчизняних та між-народних наукових жур-налах, 1 збірнику наукових праць, 38 ма-те-рі-а-лах і тезах конференцій.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається з всту-пу, 8 роз-ді-лів, висновків та списку літератури із 152 найме-нувань. Дисертація ви-кла-дена на 327 сторінках і містить 111 малюнків та 3 таблиці.

Основний зміст

У вступі обгрунтовано актуальність роботи та вказано на її зв’язок з державними і міжнародними науковими програмами. Зформульовано на-укову задачу роботи та зазначено використані методи досліджень. Висвіт-лені наукова новизна і практичне значення роботи. Відзначено вклад спів-авторів та особистий внесок здобувача в отримані результати.

В першому розділі наведено огляд літератури за тематикою роботи. Роз-гля-нуто питання про вплив локальності та не-ста-ці-о-нар-нос-ті поля накачки на про-ті-кан-ня па-раметричних взаємодій в фізиці спін-хвильових про-це-сів та в не-ліній-ній оп-тиці. Відмічено як нерозвиненість теорії, так і не-дос-тат-нє ек-спе-ри-мен-таль-не підгрунтя, помітні в області вивчення па-ра-мет-рич-ної вза-є-мо-дії ліній-них та нелінійних спінових хвиль з нестаціонарною про-сто-ро-во локалі-зо-ва-ною електромагнітною накачкою. Водночас зау-ва-же-но ви-соку за-цікавленість на-у-ко-вого співтовариства в дослідженні такої взає-мо-дії елек-тро-магнітного поля з нелінійними спін-хвильо-вими утвореннями, зокре-ма з со-літонами спінових хвиль. Інтерес грунтується як на мож-ли-вос-ті прак-тич-но-го зас-тосування СХ солітонів для обробки цифрової ін-фор-ма-ції в ді-а-па-зо-ні над-ви-соких частот, так і на суто науковому ін-тересі до пере-бігу не-лі-ній-них явищ в магніто-впо-ряд-кованих системах. Внут-ріш-ня подібність оптичних та спін-хви-льових нелінійних явищ дозволяє, окрім того, ви-ко-ристовувати спін-хвильові со-лі-то-ни в якості експериментальних мо-дель-них об’єктів та по-ширювати отри-ма-ні результати на область нелінійної оп-ти-ки. До-дат-ко-ви-ми стимулами до акти-візації цих досліджень служать поява новітніх по-туж-них ме-тодів дослідження динаміки спі-нових хвиль, таких як, на-прик-лад, роз-сі-яння світла Ман-дельштама-Бриллюена з ча-со-вим та про-сто-ро-вим роз-різ-ненням, а також сут-тєве покращення робочих характеристик над-ви-со-ко-час-тот-ного ек-с-пе-ри-мен-таль-ного облад-нан-ня.

Врахування існуючих тенденцій, досягнень та недоліків у галузі нелі-ній-ної спін-хвильової електро-динаміки дозволило зформувати напрямок дос-лід-жень, зконцентрувавшись на детальному вивченні впливу нестаціонарної про-сто-рово локалізованої параметричної накачки на лінійні та нелінійні одно- та двовимірні пакети спінових хвиль.

Другий розділ присвячено детальному опису дослідних уста-но-вок, сек-цій, зразків та експериментальних методів. В роботі було задіяно два експе-ри-мен-тальні комплекси. Один з них, при-зна-че-ний для вивчення спінових хвиль суто радіотехнічними ме-то-дами, роз-та-шований в Київ-сько-му на-ці-о-наль-ному університеті імені Тараса Шев-чен-ка. Другий, що поєднує радіо-технічну складову з установкою Ман-дель-ш-там-Бриллюенівської спек-тро-скопії, знаходиться в Кайзер-сла-у-терн-сь-ко-му тех-но-ло-гічному університеті

(Німеччина). Разом комплекси доз-во-ля-ють до-с-лід-жу-ва-ти лінійні та нелінійні спінові хвилі з частотами в смузі від 3,5 ГГц до 7,3 ГГц. Ідеологічно кон-с-трук-ції радіотехнічних частин згаданих установок майже ідентичні. Вони дозволяють од-но-час-но чи з конт-ро-льо-ва-ни-ми зат-рим-ка-ми подавати в задані області плівки ЗІГ короткі (тривалістю від кількох на-но-секунд до десятків мік-ро-се-кунд) НВЧ імпульси на сиг-наль-ній та под-війній до неї частоті, а також детектувати спінові хвилі сигнальної частоти. Динамічний діапазон вхідних імпульсів сягає 80 дБ при мак-си-маль-них по-туж-ностях накачки до 30 Вт і сигналу до 1 Вт. Надвисокочастотні ім-пуль-си електро-маг-ніт-ного поля, потрібні для збудження спінхвильових па-кетів фор-му-ються в тракті сиг-налу. За под-ачу імпульсної накачки подвійної час-то-ти від-повідає тракт на-кач-ки. Зареєстровані антенами робочої секції спін-хви-льо-ві сигнали під-си-лю-ють-ся, де-тек-туються, візуалізуються та ви-мі-рю-ються в тракті прийому. Ві-део-тракт керування при-зна-чено для за-галь-ної синхро-ні-за-ції комплексу та керування ім-пуль-с-ни-ми НВЧ моду-ля-то-рами як в тракті сигналу, так і в тракті накачки. В трактах сигналу та накачки ви-ко-рис-то-вувались не-залежні НВЧ ге-не-ра-тори. В „кайзерслаутернському” комп-лексі для фор-му-ван-ня на-кач-ки можна також застосувати подвоювач час-тоти сиг-наль-ної елект-ро-магнітної хвилі, що забезпечило потрібну в ряді екс-пе-ри-мен-тів син-хро-нізацію фаз спінової хвилі та накачки.

Точність похибки вимірювань часових та амплітудних величин була не нижчою за *1 нс та *0,1 дБ, відповідно.

Унікальною особливістю „кайзерслаутернського” комплексу є мож-ли-вість застосування методики розсіяння світла Мандельштама-Брилюена для ди-намічної ре-єстрації просторових розподілів змінної намагніченості в пло-щи-ні плів-кового зразка. Зфокусований лазерний промінь служить тут за точкову (діаметр від 50 мкм) антену, чутливу до спінових хвиль з хви-льо-ви-ми векторами до *рад/см, чого цілком достатньо для реєстрації всього спект-ру бі-гу-чих ди-поль-домінантних спінових хвиль. Використання оригінальної тех-ніки псев-до-зворотнього розсіяння, в якій роль зондуючого світла ві-ді-грає лазерне ви-про-мінення, відбите від розташованого на поверхні плівки мікросмужкового індуктора накачки, дозволило в деяких ек-спе-ри-мен-тах розширити цей ді-а-па-зон до *рад/см. Часове роз-різнення сис-те-ми оптичної ре-єс-тра-ції – 1,7 нс. Спеціально розроблене програмне забезпечення служить для ста-тистичної обробки за-ре-єс-трованих розподілів та визначення для заданих моментів часу амплітуди, енер-гії, просторового положення, ширини і довжини спін-хви-льо-вих па-ке-тів. Потужність зон-ду-ючого променя ви-би-ра-лась та-ким чином, щоб ви-клю-чити вплив термічних ефектів на поведінку спі-нових хвиль.

Невід’ємними частинами комплексів являються робочі секції, обладнані спін-хвильовими мікросмужковими антенами та індук-торами на-качки. Голов-ним завданням, що ставилось при їх створенні, було досягнення якомога ви-щої ефективності взає-мо-дії високочастотного магнітного поля на-кач-ки із спі-новою підсистемою магнетика. Розв’язане воно завдяки ви-ко-рис-танню мік-росмужкових та мініатюрних відкритих діелектричних ре-зо-на-то-рів (ВДР) прямокутного
(мода *) і тороїдального (мода *) типів (Рис.1). Зв’язок ді-елек-трич-них ре-зо-на-то-рів з трактом накачки забезпечувався їх частковим за-нуренням в зако-ро-чені відтинки прямокутних хвилеводів. Необхідність мі-ні-мізації за-ті-нення зраз-ків конструктивними елементами секцій обу-мо-ви-ла, для випадку оп-тич-них вимірів, потребу в ко-аксіально-петлевих елементах зв’язку (рис.1).

Середовищем для поширення спінових хвиль служать хвилеводи, ви-го-тов-лені з вирощених на підкладинках галій-гадолінієвого граната (ГГГ) мо-но-кристалічних феритових плівок ЗІГ. Матеріал вибрано за низькі маг-нітні втрати в НВЧ діапазоні та можливість реалізації його оптичного зон-ду-ван-ня. Ширина лінії феро-маг-ніт-но-го резонанса на частоті 9 ГГц не пере-ви-щу-ва-ла 0,65 Ое для всіх зразків. Ширина хвилеводів – від 1,4 мм до 4,1 мм. Тов-щини плівок – близько 5 мкм. Хвилеводи намагнічувались до насичення в площині плівки в подовжньо-му або в поперечному напрямках, що від-повідало випадкам поширення зворотних об’ємних магнітостатичних хвиль (ЗОМСХ) або поверхневих магнітостатичних хвиль (ПМСХ). Швид-кість збуд-жених хвиль лежала в діапазоні 2,5–3 см/мкс. Дис-танція їх пробігу за-да-ва-лась відстанню між вхідною та вихідною ан-те-на-ми і змінювалась для різ-них секцій від 5 мм до 12 мм.

В третьому розділі викладено результати теоретичного (п.п. 3.1, 3.2) та екс-пе-риментального (п. 3.3) вивчення лінійної па-ра-метричної взаємодії па-ке-тів дипольних спінових хвиль з просторово ло-ка-лі-зо-ва-ною не-ста-ці-о-нар-ною електромагнітною накачкою. Чільне міс-це зай-має роз-гляд таких вперше от-ри-маних явищ, як

параметричне підсилення па-кетів спі-нових хвиль в режимі їх адіа-ба-тичної взає-мо-дії з нестаціонарною накач-кою (п.п. .1, 3.3.1);

обернення хви-льового фронту та форми пакетів ди-поль-них спінових хвиль (п.п. .1, 3.3.1);

неадіабатична взаємодія спінових хвиль з накачкою (п.п. .2, 3.3.2);

фазовий контроль амплітуди неадіабатично підсиленого спін-хви-льо-вого сигналу (п. .3.3);

генерація нелінійних імпульсних мод в активному спін-хви-льовому кільці з інтегрованим недіабатичним підсилювачем (п. .3.4).

Головну увагу було приділено параметричним процесам першого по-ряд-ку, що мають місце при взаємодії спінових хвиль з над-високо-час-тот-ним магнітним полем накачки подвійної частоти, орієнтованим вздовж нап-рямку вектора намагніченості магніто-впорядкованого середовища. Як відомо, в багатомодовій системі, прикладом якої і виступає спінхвильовий спектр такого середовища, поле накачки виявляється зв’язаним з двома хвилями – початковою сиг-наль-ною та збудженою з теплового рівня холос-тою, що задовільняють зако-нам збереження енергії та імпульсу (*, **), а та-кож фазовому спів-від-но-шен-ню *. Тут, * – дов-жи-на об-лас-ті параметричної вза-є-мо-дії; *, *, * – час-то-та, хви-льовий век-тор і по-чат-ко-ва фаза сиг-наль-ної спі-нової хви-лі. Ці ж змінні з індексами „i” та „p” від-носяться до хо-лос-тої спінової хвилі та накачки.

В розділі розглянуто два загальних типи такої параметричної взаємодії – адіа-ба-тич-ну та недіабатичну. Аді-а-ба-тична взаємодія має місце за умови слабкої локалізації поля накачки, тобто у випадку, коли довжина області концентрації поля накачки * суттєво перевищує довжину * спінових хвиль, які беруть участь в процесі. Не-а-ді-а-ба-тична параметрична взаємодія, вперше реалізована дисертантом, навпаки розвивається у випадку коли дов-жина спінової хвилі менша чи співрозмірна з довжиною області взаємодії.

Для випадку адіабатичної взаємодії встановлено існування двох ре-жи-мів під-силення та обернення високочастотних спінхвильових сиг-на-лів: ква-зі-ста-ці-онарного та не-ста-ці-о-нар-ного. У першому випадку від-носно слаб-кої та три-ва-лої накачки потужність накачки * знаходиться ниж-че по-ро-га па-ра-мет-ричного збудження біжучої ЗОМСХ *, а три-ва-лість на-кач-ки * біль-ша за час проходу маг-ні-то-ста-тич-ною хвилею області ло-калізації поля накачки *. Тут діють загальні для будь-якого пара-мет-рич-ного під-си-лю-вача зако-но-мір-нос-ті, а саме: не-об-ме-же-не зро-с-тан-ня ко-е-фі-ці-єнта під-си-лен-ня при наближенні потужності накачки до порога па-ра-мет-рич-ної ге-не-рації (*) при од-но-часному звуженні частотної смуги під-си-лен-ня до нуля.

В нестаціонарному режимі тривалість накачки менша за *, а її по-туж-ність може пере-ви-щу-вати по-ро-гову потужність * в багато разів. У цьому випадку як коефіцієнт підсилення, так і сму-га про-пус-кання па-ра-мет-рич-ного підсилювача зро-с-тають при збільшенні потужності накачки. Зна-чен-ня цих величин значно перевищують відповідні значення, отримані для ста-ціонарного режиму. Ще одна виявлена особливість нестаціонарного режи-му під-силення – мож-ли-вість зву-ження вхід-но-го імпульсу, тобто роз-ши-рен-ня його частотного спектру, в той час як реальний лі-нійний під-си-лю-вач, що працює в стаціонарному режимі, може лише обрізати частотний спектр сигналу.

У випадку адіабатичної взаємодії ефективне хвильове число накачки * є майже нульовим у порівнянні з хвильовими числами спінових хвиль. Відповідно до закону збереження імпульсу хви-льовий вектор хо-лос-тої хвилі виявляється супротивно напрямленим до хвильового вектора сиг-наль-ної, і холоста хвиля поширюється в протилежному сигнальній нап-рям-ку. Даний процес лежить в основі явища обернення хви-льового фрон-ту спі-но-вих хвиль в параметричній взаємодії першого порядку.

В п. .3.1 описана реалізація ефективного адіабатичного під-си-лен-ня та обернення штучно збуджених коротких цугів ЗОМСХ. Ко-е-фі-ці-єнти під-силення * та обернення * перевищували 30 дБ відносно не-під-си-ле-но-го ви-хід-но-го сигналу ЗОМСХ (рис.2). Отримані експе-ри-мен-таль-ні за-леж-ності де-монструють не тільки якіс-не, але і добре кількісне уз-год-ження з від-по-від-ними те-о-ре-тич-ни-ми кри-ви-ми (рис.2). Роз-ход-ження, що з’яв-ля-ють-ся при знач-но-му збільшенні по-туж-ності та три-валості накачки, по-яс-ню-ють-ся впли-вом па-разитного збуд-жен-ня об-мін-них плос-ких спінових хвиль, ви-род-же-них по час-тоті з сиг-наль-ни-ми ЗОМСХ.

Експериментально та теоретично вста-новлено також зв’я-зок амплітуди, три-ва-лос-ті та форми підсилених та обернених сигналів з по-туж-ністю та трива-ліс-тю накачки. Виявлено еффект уяв-ної затримки ви-хід-них сигналів, пов'язаний із зростанням коефіцієнта підсилення спін-хви-льо-во-го пакета від фрон-ту до зрі-зу, і відповідним зміщенням максимуму сигналу.

Якщо імпульс на-качки є значно коротшим за тривалість вхідного сиг-налу *, а сиг-наль-ний спін-хвильо-вий пакет цілком поміщається в області парамет-ричної взаємодії (*), то утворений зворотний цуг холостих спі-нових хвиль повторює фор-му сигнального хви-льового пакета. Як наслідок, прий-ня-тий вхідною ан-те-ною холостий сигнал виявляється оберненим в часі від-нос-но вхідного сигналу (рис. ).

Залежність * від інтервалу часу * між вхідним та оберненим ім-пуль-са-ми * має в логарифмічному масштабі лінійну ді-лян-ку, нахил якої визначається лише затуханням хвиль, що беруть участь в па-ра-метричній взаємодії. Це дозволяє використати дану залежність для прямих вимірів частоти релаксації * конкретних груп спінових хвиль з відомими не-сучими частотами та хвильовими векторами.

В роботі також вперше реалізовано та вивчено пара-мет-рич-ну вза-є-мо-дію хвиль в твердому тілі в умовах неадіабатичної накачки. Го-лов-ною особ-ли-вістю неадіабатичної взаємодії є „розмазування” хви-льового числа на-кач-ки * в широкій смузі від нуля до *. „Роз-ма-зу-ван-ня” хви-льового чис-ла накачки обумовлює відповідне „розма-зу-вання” хви-льових векторів хо-лостих хвиль за величинами та напрямками, оскільки закон збе-ре-жен-ня імпуль-су тепер добре виконується не лише для тих холостих хвиль, які ру-ха-ються назустріч сигнальній хвилі, але і для попутніх з нею. Вста-нов-лено, однак, що частотні спектри всіх парціальних спінхви-льових пакетів (сиг-наль-них і холостих) залишається вузькими, що пояснюється під-тримкою накач-кою лише тих хвиль, чиї частоти знаходяться поблизу ре-зонансної по-верх-ні *. Наявність по-путньої холостої хвилі суттє-во впливає на характер параметричної вза-є-мо-дії. Її врахування зни-жує поріг па-ра-мет-рич-ної не-ста-біль-ності * в * раз.

Попутна хо-лоста хвиля, інтерферуючи з сиг-наль-ною, спроможна кар-ди-наль-но змі-ни-ти ін-тен-сивність вихідного сиг-на-лу. Як виявилось, на відміну від адіа-ба-тич-ної вза-ємодії, ця інтенсивність сут-тєво залежить від різниці фаз між сиг-налом та накачкою. Оскільки фаза під-силеної сиг-наль-ної хвилі за-ли-ша-єть-ся не-змін-ною, а фаза холостої за-ле-жить від початкових фаз сигналу та накачки, то можливі ситуації кон-струк-тив-ної та де-струк-тив-ної ін-тер-фе-рен-ції, коли ін-тенсивність ви-хідного сигналу змінюється від сво-го мак-си-маль-но-го зна-чен-ня практ-ично до нуля. У випадку довільної від ім-пуль-су до ім-пуль-су змі-ни фази накачки (п. .3.2) результатом такої ін-тер-фе-рен-ції є гли-бока шу-мо-по-діб-на амплітудна модуляція вихідного під-си-ле-но-го імпульсу. В той же час не-а-ді-абатичне підсилення цугів ЗОМСХ за умо-ви контро-льо-ва-ного фа-зового зсу-ву між несучими хвилями сигналу і на-кач-ки дає, як по-ка-зано в п. .3.3, можливість фазового керування ко-е-фі-ці-єн-том під-силення (гар-мо-нічно змінювався від одиниці до 15 дБ і назад при зміні фази сигналу на *) та від-кри-ває шлях до практичного зас-то-су-вання не-адіа-ба-тич-них па-ра-мет-рич-них під-си-лювачів для обробки корот-ких імпульсних сиг-на-лів в над-ви-со-ко-час-тот-них системах обробки та пере-да-чі інформації.

Наведений в п. .2 наближений теоретичний опис роботи не-а-ді-а-ба-тич-ного підсилювача за допомогою узагальнених уко-ро-че-них рівнянь для оги-наючих, грунтуючись на факті збереження вузькості частотних спект-рів пар-ці-альних спінхви-льових пакетів, добре узгоджується з чи-сель-ним роз-ра-хун-ком за точними рівняннями та з дослідними даними.

Необхідно відмітити, що коротка імпульсна накачка, використана в опи-са-них в роботі експериментах, дозволила позбутися одного з головних не-до-лі-ків стаціонарних параметричних спінхвильових підсилювачів – не-га-тив-ного впливу паразитних плоских обмінно-домінантних спінових хвиль, зге-не-ро-ваних накачкою з рівня теплових шумів. За час дії імпульсної накач-ки ін-тен-сивність таких хвиль в більшості випадків просто не встигала до-сягти зна-чимої величини. В той же час в п. .3.4 було спе-ціально дос-лід-же-но ме-ха-ніз-ми впливу цих спінових мод на процес не-аді-абатичного під-си-лен-ня бі-гучої спінової хвилі. Таким механізмом ви-яви-лось порушення фа-зо-во-го син-хро-нізму сигнальної хвилі з накач-кою, викликане змен-шенням статичної на-маг-ніченості фериту за ра-ху-нок зростання кількості пара-зитних магнонів в області па-ра-метричної вза-є-мо-дії. На другому за зна-чи-містю міс-ці зна-хо-дить-ся розсіяння сиг-наль-ної хвилі на цьому ж бар’єрі зни-же-ної намагніченості. Застосування Мандельштам-Брилюєнівської оп-тич-ної спектроскопії з ча-со-вим роз-різ-ненням в поєднанні з оригінальною тех-нікою псевдо-зворотнього розсіяння світла доз-волило встановити, що ос-нов-ний вклад в зниження на-маг-ніченості вносять магнони з **рад/см, збуд-жені на дні спін-хви-льового спект-ра за ра-хунок чоти-рьох-хвильової кі-не-тич-ної нестійкості плос-ких спінових хвиль на поло-вин-ній час-то-ті накачки.

Основні результати розділу опубліковані у працях [, , , , , , ,, ]. Якщо в третьому розділі розглядаються загальні властивості взаємодії ім-пульс-ної накачки та спінових хвиль в лінійному наближенні, то в чет-вер-то-му та п’ятому розділах досліджується вплив накачки на квазі-одно-ви-мірні не-лінійні пакети спінових хвиль – солітони огинаючої.Такі со-літони можуть бути зформовані спіновими хвилями у випадку, коли дис-пер-сійне подовжнє розпливання спінхвильового пакета ком-пен-су-єть-ся його нелінійним стис-ненням. Зформований солітон характеризується стабільною формою про-фі-ля (гіперболічний косинус), ширина якого, водночас, жорст-ко пов’язана з амплітудою спінової хвилі. Зростання амплі-туди со-лі-то-на су-про-воджу-єть-ся його звуженням, а зниження амплі-туди – розширенням. Внаслідок такої за-леж-ності задача підсилення со-лі-то-на пере-тво-рю-єть-ся на не-три-ві-аль-ну про-бле-му – під-си-ле-ний солітон, строго кажучи, вже не є со-лі-тоном і по-тре-бує до-даткового часу на перехід до нового солітонного стану. Більше того од-но-моментне підсилення по-над 6 дБ спричиняє пе-ре-хід оди-ночного фун-да-мен-тального со-лі-то-на до ба-га-тосолітонного режиму по-ши-рення з роз-падом хвильового пакета на де-кіль-ка окремих імпульсів, що, як зро-зу-міло, є не-прий-нят-ним при застосуванні солітонів в лініях пе-ре-да-чі ін-фор-ма-ції.

В описаних в четвертому розділі ек-спе-ри-мен-тах вказана проблема була розв’язана на прикладі солітонів огинаючої ЗОМСХ. На першому етапі (п. .1) за умови квазістаціонарної накачки вда-ло-ся спосте-рі-га-ти під-силення со-лі-то-на та зниження по-ро-га його фор-му-ван-ня. Повного успіху вдалося досягти зав-дяки застосуванню не-стаціонарної (*) сильно локалізованої (*) накачки (п. .2), коли були отримані ек-с-тре-маль-но ви-со-кі ко-е-фі-ці-єн-ти під-си-лен-ня спінхви-льо-вих солітонів в одно-со-лі-тон-ному ре-жи-мі (до 17 дБ). В цьому ви-падку за ра-ху-нок вибіркового під-си-лен-ня цент-ральної час-ти-ни хвильо-во-го пакета вдалося ре-а-лі-зувати сильне (до 3 раз) стиснення сигналу на ви-хо-ді з області па-ра-мет-рич-ної взаємодії, а отже узгодити тривалість со-лі-то-на з його амплі-ту-дою і за-по-біг-ти передчасному переходу хви-льового пакета до ба-гато-со-лі-тон-ного стану.

Інтеграція працюючого в нестаціонарному режимі неадіабатичного па-ра-мет-ричного підсилювача в спінхвильовий хвилевід, включений в замк-нуте активне кільце, привела, як це описано в п. .3, до відкриття но-вого типу власних збуд-жень нелінійного резонансного кільця – Мебіусів-сь-ких солітонних мод. Ці моди ха-рак-теризуються тим, що після одноразового об-хо-ду кільця, їх набіг фа-зи ста-новить не*, як це має місце у випадку ліній-ної кіль-цевої моди, а *, а отже со-лі-то-на потрібно пройти кільце дві-чі для того, щоб його кін-цевий та початковий стани повністю співпали. До-ведено, що утворення Мебіусівських солітонів пов’язано з генерацією по-слі-довності НВЧ імпульсів з по-дав-ле-ною несучою. Періодична накачка з

частотою слідування імпульсів, рівною час-тоті цир-куляції сигналу в кільці – 3,18 МГц, має дискретний спектр час-тот, причому гармоніки цього спектра також розташовані на відстані 3,18 МГц одна від одної. Це означає, що спектр параметричної накачки, перенесений на поло-вин-ну частоту (частоту параметрично посилених спі-но-вих хвиль), скла-да-єть-ся з гармонік, роз-та-шо-ва-них на відстані 1,59 МГц. Звідси випливає, що лише кожна друга час-тотна гар-моніка на-кач-ки може співпасти з власною частотою кільцевого ре-зо-на-то-ра і взяти ефективну участь в процесі параметричного під-си-лен-ня цир-ку-лю-ю-чого хви-льового пакета. При цьому можливі два випадки: несуча накачки половинним значенням своєї частоти потрапляє або на власну резонансну частоту кіль-ця, або в сере-ди-ну проміжку між його влас-ними частотами. В першому ви-пад-ку найвищий кое-фі-цієнт пара-мет-рич-ного підсилення має тіль-ки одна з влас-них частот резо-нанс-ного кільця, яка стає несучою час-то-тою пара-мет-рич-но згенерованої синфазної ім-пульсної послі-дов-ності. У дру-го-му випадку най-ви-щий коефіцієнт пара-мет-ричного під-си-лен-ня мають дві власні частоти резо-нан-сного кільця. В цьому разі і фор-мується по-слі-дов-ність про-ти-фазних імпульсів з подавленою цен-т-раль-ною несучою частотою – Ме-бі-у-сів-ська солітонна мода. Як вказувалось вище, зміна фази ім-пуль-су на * задовільняє умові конструктивної інтерференції сигнальної та холостої хвиль і не зменшує ефективності роботи неадіабатичного підсилювача, який відіграє, таким чином, роль частотно- та фазо-чут-ливого селективного фільтра власних збуджень кільця. Важливо відмітити, що обмеження амплі-ту-ди згенерованих імпульсів про-ходить за солітонним механізмом, коли внас-лідок чотирьох-хви-льової не-ста-більності породжуються нові затухаючі гар-моніки за межами спект-раль-ної смуги накачки, а фази існуючих спект-раль-них компонент виходять з син-хро-нізму з накачкою за рахунок не-лі-ні-й-но-го зсуву частоти хви-льового пакета.

Основні результати розділу наведено у працях [, , , , , , , ].

П’ятий розділ містить результати по нелінійному під-си-лен-ню ЗОМСХ ква-зіоднорідною (*) накачкою. Спостереження виконані радіо-тех-ніч-ни-ми методами (п. .1) про-демонстрували такий хід залежностей основних ха-рактеристик хви-льо-вого пакета (рис.4) від тривалості на-кач-ки, який не-мож-ливо опи-са-ти з точки зору розвинутої в п. .1 лі-ній-ної теорії. Зрос-тання тривалості накач-ки могло б привести лише до росту три-валості ви-хідного сигналу, його затримки та амп-літуди, що дійсно має міс-це для ко-рот-ких накачок. Та надалі спостерігаються на-сичен-ня ам-плі-ту-ди ім-пульсів, їх ви-ра-же-не стиснення і змен-шення затримки. Ви-я-ви-лось, що ті ж еф-фекти су-проводжують і зрос-тан-ня інтенсивності вхідної спі-но-вої хвилі при фік-со-ва-ній потужності накачки, що дозволило відкинути гіпо-тезу про обу-мов-ле-ність явища впливом плоских спінових хвиль. При-ро-ду явища було роз-крито після дослідження про-сто-ро-вої динаміки під-си-ле-но-го хвильового пакета (п.п. .2, 5.3) за методом Ман-дель-штам-Бри-лю-е-нів-ської спект-рос-ко-пії.

Встановлено (п. .2), що у випадку помірних коефіцієнтів підсилення (до 20–25 дБ) стиснення вихідного сигналу розвивається внаслідок формування со-лі-то-на огинаючої. Не-лі-ній-ність спінових хвиль тут є сут-тє-вою лише для нас-тупних за пара-мет-ричною вза-ємо-дією етапів еволюції спін-хвильових па-ке-тів. Форма ім-пуль-су мо-ди-фі-ку-єть-ся вже після за-кін-чен-ня дії накачки по мірі про-су-вання пакета в не-ліній-ному дис-пер-сій-но-му се-ре-до-ви-щі. При цьому групова швидкість підсиленого пакета, а отже, і затримка вихідного сигналу залишаються незмінними.

Збільшення потужності та тривалості накачки (п. .3) кардинально змі-ню-ють ситуацію. Процес параметричного під-си-лен-ня спінових хвиль су-про-вод-жується тепер на-сичен-ням ам-плітуди підсилених імпульсів, зменшенням їх затримки та сильним (до 2,2 раз) звуженням, що спо-сте-рі-га-ють-ся зразу ж за областю параметричної взаємодії. Джерелом цих ефектів, наймовірніше, є роз-виток колектив-них ко-ли-вань в системі сигнальних та холостих спінових хвиль. Сутність явища досить проста. Зростання амп-лі-ту-ди спінових хвиль приз-водить до не-лі-ній-но-го зсуву їх частот і, як наслідок, по-рушення фа-зо-во-го синхро-ніз-му з на-кач-кою. Потік енергії від накачки до сиг-наль-ної та хо-лос-тої спі-нових хвиль змінює свій напрямок на про-ти-леж-ний, призводячи до швид-кого ослаблення відповідних хви-льових па-кетів. В ре-зуль-та-ті, на виході з об-ласті взаємодії формується короткий імпульс спі-но-вих хвиль. При збіль-шен-ні підсилення початкове наростання та на-ступ-не придушення спі-но-вих хвиль відбуваються швидше, що проявляється в змен-шен-ні затримки та три-валості імульсів. Варто зауважити, що солітонний механізм продовжує діяти і в цьому разі, так що результуюче стиснення нелінійного вихідного сигналу по відношенню до довжини лінійно підсиленого пакета сягає майже 6 раз.

Основні результати розділу опубліковані у працях [, , ].

В шостому розділі досліджується вплив параметричної накачки на стійкі двовимірні нелінійні утворення – спінхвильові буллети, а також утворення буллетів підсиленими цугами лінійних спінових хвиль.

Буллетом називається нелінійний спінхвильовий пакет у якого ком-пен-со-ване не лише подовжнє дисперсійне, а й поперечне дифракційне уши-рен-ня. В середовищі без втрат спінхвильовий буллет є нестабільним від-нос-но хви-льового коллапсу, але в реальному магнітному кристалі процесс його по-пе-речного стиснення зупиняється за рахунок дисипативного зни-ження ам-плі-туди несучої спінової хвилі. Зрозуміло, що підсилення несучої спро-мож-не суттєво змінити всі характеристики цього не-лі-ній-но-го ут-во-рен-ня.

Всі відомі досліди із спінхвильвими буллетами проводились в практично не-об-межених зразках плівок ЗІГ. Нажаль, в таких зразках не -мож-ливо до-сяг-ти потрібної для ефективної параметричної взаємодії величини поля накач-ки. Тому перш за все в п. .1 було експериментально доведено, що пакет зво-ротних об’єм-них маг-нітостатичних хвиль спроможний зформувати бул-лет навіть за наявності впливу бічних поверхонь вузьких порівняно з шириною пакета плівок. Спо-стереження за динамікою двовимірних пакетів ЗОМСХ про-во-ди-лись за до-помогою Мандельштам-Бри-ллю-е-нів-сь-кої спек-тро-скопії з часовим та про-сто-ро-вим роз-різ-нен-ням. При зростанні потужності вхідного імпульсу спо-сте-рі-гав-ся пе-ре-хід хви-льового пакета до нелінійного ре-жи-му поширення, що про--яв-лялось в його сильному поперечному стис-нен-ні, зростанні пікової ам-плі-туди та транс-формації початкового сину-со-по-діб-но-го поперечного про-філя в дзвоноподіб-ний. Набута пакетом форма виявилась надзвичайно ста-біль-ною, зберігаю-чись впродовж значної ділянки прой-де--ного шляху. Подаль-ше збільшення вхідної потужності мало наслід-ком хви-льо-вий коллапс бул-ле-та.

За допомогою тороїдального ВДР було реалізовано адіабатичну взає-мо-дію двовимірних пакетів ЗОМСХ з подовжньою накачкою в плівці ши-ри-ною 4,1 мм (п. .2). Вста-нов-лено, що буллети формуються як сиг-наль-ною, так і холостою хвилями. Оз-накою цього були помітне подовжнє та яск-раво ви-ражене по-пе-речне стис-нення відповідних хви-льових пакетів (рис.5). Як по-ка-зали спо-стере-ження за поведінкою обернених пакетів, нелінійне звуження пакета холостих хвиль, що асо-ці-ю-єть-ся з ут-во-рен-ням бул-ле-та, завж-ди роз-вива-ється на тлі його до-дат-кового лінійного по-пе-речного стис-нен-ня. Ознаками цього є однаковий нахил за-лежностей, що описують уши-рення вхідного та стис-нення оберненого лінійних пакетів, та зростання швидкості стискання обер-не-но-го пакета з ростом його амплітуди. Лінійне стиснення відбувається внаслідок від-нов-лен-ня обер-не-ним сигналом по-чат-ко-во-го стану хви-льового фрон-ту та від-по-від-ною ком-пен-сацією спо-тво-рень (диф-рак-цій-ного уши-рен-ня), на-бу-тих сиг-наль-ним пакетом до моменту пара-мет-ричної взаємодії.

Результати чисельного моделювання динаміки під-силених та обер-не-них дво-вимірних хвильових пакетів, виконаного в п. .3 на базі системи дво-мір- них нелінійних рів-нянь Шредінгера, добре узгоджуються з експе-ри-мен-таль-ни-ми даними, засвідчуючи як можливість формування обома цими па-ке-та-ми спінхви-льових буллетів, так і наявність лінійного обер-нення дво-ви-мір-ного хви-льового