微波磁性器件基礎

目錄
第1章 磁化動力學方程 1
1.1 磁化動力學過程概述 1
1.2 磁矩與拉莫爾進動 2
1.2.1 磁矩與角動量 2
1.2.2 原子磁矩的拉莫爾運動方程 4
1.3 磁介質的磁化動力學方程 6
1.3.1 無阻尼時的磁化動力學方程 6
1.3.2 有阻尼時的磁化動力方程 7
1.4 磁介質的能量與布朗方程 10
1.4.1 磁介質的能量 10
1.4.2 磁介質的特征長度 14
1.4.3 布朗方程 15
1.5 隨機與高溫磁化動力學方程 16
1.5.1 有限溫度的隨機磁化動力學方程 16
1.5.2 高溫情形的Landau-Lifshitz-Bloch方程 17
1.6 微磁學仿真簡介 18
1.6.1 微磁學的數值計算方法 19
1.6.2 微磁學仿真軟件包及仿真流程 20
參考文獻 22
第2章 一致進動與張量磁導率 24
2.1 靜態(tài)磁導率與復數磁導率 24
2.1.1 靜態(tài)磁化過程下的磁導率 24
2.1.2 各向同性磁介質在動態(tài)磁化過程下的復數磁導率 25
2.2 無界磁介質的張量磁導率 26
2.2.1 理想磁介質的張量磁導率 26
2.2.2 有損耗磁介質的張量磁導率 29
2.3 圓極化交變場作用于無界旋磁介質時的磁導率 31
2.3.1 圓極化場的概念 32
2.3.2 圓極化場作用下的標量磁導率 33
2.3.3 正負圓極化場作用下的標量磁導率的特性 34
2.4 有界旋磁介質的張量磁導率 35
2.4.1 形狀各向異性對鐵磁共振頻率的影響 35
2.4.2 形狀各向異性對張量磁導(化)率的影響 38
2.5 磁性薄膜的張量磁導率 39
2.5.1 面內磁化薄膜的張量磁導率 39
2.5.2 垂直磁化薄膜的張量磁導率 41
2.6 低場損耗與未飽和態(tài)磁介質的張量磁導率 42
2.6.1 低場共振損耗與Polder-Smit效應 43
2.6.2 未飽和態(tài)磁介質的張量磁導率 46
2.7 張量磁導率的歸一化表示 51
參考文獻 53
第3章 非一致進動與自旋波 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系的求解 63
3.3 體磁介質中的偶極-交換作用自旋波 70
3.3.1 無界磁介質中偶極-交換作用自旋波的求解思路 70
3.3.2 有界磁介質中偶極-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-交換自旋波色散關系 76
參考文獻 78
第4章 磁共振與線寬 80
4.1 鐵磁共振的微觀機理與鐵磁共振線寬 80
4.1.1 鐵磁共振的微觀機理 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系 91
4.3.1 本征鐵磁共振線寬與阻尼因子的關系 91
4.3.2 磁損耗途徑與損耗機制概覽 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 鐵磁共振線寬測試儀及表征的參數 106
4.6.1 鐵磁共振測試儀簡介 106
4.6.2 鐵磁共振測試儀測試參數的解析方法 108
參考文獻 111
第5章 電磁波與旋磁介質的相互作用 114
5.1 無界旋磁介質中的波方程與平面波解 114
5.1.1 旋磁介質的波方程 114
5.1.2 無耗旋磁介質波方程的平面波解 115
5.2 均勻平面波在無界旋磁介質中的傳播特性 117
5.2.1 縱向磁化情況——法拉第旋轉效應與差相移效應 117
5.2.2 橫向磁化情況——雙折射效應 121
5.3 置有旋磁介質片的矩形波導 123
5.3.1 縱向場分析法與旋磁介質的縱向場方程 123
5.3.2 完全充滿旋磁介質片的矩形波導的TEn0模 125
5.3.3 置有單片旋磁介質片的矩形波導的TEn0模 126
5.3.4 對稱地置有二片橫向磁化旋磁介質片的矩形波導的TEn0模 129
5.3.5 置有旋磁介質矩形波導中的差相移效應 130
5.3.6 置有旋磁介質矩形波導中的場移效應 131
5.4 填充有旋磁介質的圓波導 132
5.4.1 全填滿旋磁介質的圓波導的特性 132
5.4.2 微擾法求解填充旋磁介質的圓波導的傳輸特性 134
5.5 帶線微波磁性器件的邊導模 140
參考文獻 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 148
6.2.2 法拉第旋轉隔離器 148
6.2.3 場移式隔離器 150
6.2.4 諧振式隔離器 152
6.2.5 邊導模隔離器 154
6.3 環(huán)行器 155
6.3.1 法拉第旋轉式環(huán)行器 156
6.3.2 差相移環(huán)行器 157
6.3.3 結環(huán)行器 158
6.4 移相器 164
6.4.1 非互易性法拉第旋轉移相器 164
6.4.2 橫場式差相移移相器 165
6.4.3 鎖式移相器 166
6.5 微波單晶磁調器件 167
6.5.1 YIG單晶諧振器 167
6.5.2 磁調濾波器 171
6.5.3 磁調振蕩器 172
參考文獻 175
第7章 旋磁器件的非線性效應 176
7.1 非線性效應的分類 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 179
7.3.1 第一類非線性效應產生的機理 179
7.3.2 第一類非線性效應產生的臨界場 181
7.3.3 第一類非線性效應的抑制措施 186
7.4 第二類非線性效應 187
參考文獻 189
第8章 磁振子器件基礎 191
8.1 概述 191
8.2 自旋波的激勵與探測 193
8.2.1 微波天線的激勵與探測 193
8.2.2 布里淵光散射譜探測技術 195
8.2.3 自旋波的電探測技術 197
8.3 均勻波導的自旋波傳播特性 199
8.3.1 均勻波導的色散關系 199
8.3.2 均勻波導中自旋波傳播現象 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 自旋波邏輯門及關鍵器件的研究進展 212
8.5.1 自旋波邏輯門的工作原理 212
8.5.2 自旋波邏輯門的關鍵器件——移相器的研究進展 213
參考文獻 220
第9章 基于自旋流的微波磁電子學基礎 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 自旋極化電流的產生 226
9.2.2 界面自旋積累與注入 228
9.3 純自旋流的產生 229
9.3.1 基于自旋軌道耦合作用產生自旋流 229
9.3.2 自旋泵浦效應產生自旋流 234
9.4 自旋轉矩效應及動力學方程 237
9.4.1 自旋轉移轉矩效應及動力學方程 237
9.4.2 自旋軌道轉矩效應及動力學方程 240
9.4.3 自旋轉移轉矩效應與自旋軌道轉矩效應的比較 242
9.4.4 自旋轉矩對磁化過程的影響與應用 244
9.5 自旋轉矩納米振蕩器 246
9.5.1 工作原理 246
9.5.2 自旋轉矩振蕩器的器件結構 247
9.6 自旋轉矩微波探測器 249
9.6.1 工作原理 249
9.6.2 自旋轉矩微波探測器的工作模式及特點 249
參考文獻 252