|
Отражение электромагнитных волн слоистой структурой ферродиэлектрик - металл в точке ориентационного фазового перехода Челябинский государственный университет Научный руководитель: Бучельников Василий Дмитриевич, д.ф. - м.н. В настоящее время по-прежнему остается актуальным вопрос об управлении коэффициентом отражения (КО) электромагнитных (ЭМ) волн от поверхности твердых тел. Интерес к этой проблеме обусловлен тем, что и в промышленности, и в научно-исследовательских установках имеется потребность как в высокоотражающих, так и в неотражающих неметаллических материалах. Обычно задачу об уменьшении КО ЭМ волн стараются решить путем уменьшения диэлектрической проницаемости веществ (в идеальном случае до единицы), либо увеличением статической магнитной проницаемости. В обоих случаях решение проблемы требует изменение состава и структуры вещества, что является довольно сложной задачей. Однако имеется и другая, более простая возможность управления КО ЭМ волн - за счет изменения динамической проницаемости магнитоупорядоченных веществ.С физической точки зрения аномальное изменение скорости и КО ЭМ волн обусловлено эффектом увеличения магнитной проницаемости, связанным с понижением резонансной частоты ферромагнитного и магнитостатического резонансов за счет зануления суммарной магнитной анизотропии в области ориентационного фазового перехода (ОФП) [1]. Вблизи ОФП взаимодействие между подсистемами магнитоупорядоченного вещества может становиться настолько существенным, что определяет полностью статику, динамику, кинетику и нелинейные свойства магнетика. В результате, при определенных условиях (вблизи ОФП), поведение магнитной восприимчивости становится аномальным, что в свою очередь приводит к аномальному снижению скорости ЭМ волн и аномально большой или аномально малой отражающей способности этого вещества. В этих условиях внешние воздействия оказывают существенно более сильное влияние на различные свойства магнетиков. В связи с этим вблизи фазовых переходов имеет место сильное уменьшение КО (в теоретическом пределе до нуля) и его рост (практически до единицы) в точке фазового перехода. Величина КО, положение минимума и максимума зависят от соотношения между диэлектрической и магнитной проницаемостями. В данной работе теоретически исследовано отражение ЭМ волн от поверхности слоистой структуры типа ферродиэлектрик - металл, помещенной во внешнее постоянное магнитное поле, направленного по нормали к поверхности рассматриваемой структуры. Данная система состоит из слоя гиротропного кубического ферродиэлектрика (с намагниченностью, направленной вдоль внешнего магнитного поля), расположенного на полупространстве из немагнитного металла. Исследование отражения ЭМ волн от слоистой структуры проводился методом, основывающимся на решении связанной системы уравнений Максвелла, Ландау - Лифшица для намагниченности и теории упругости для каждого отдельного взятого слоя совместно с граничными условиями для векторов ЭМ поля, намагниченности и тензора упругих напряжений на свободных поверхностях и границах раздела между средами. Совместное решение вышеперечисленных уравнений, с использованием термодинамического потенциала [2] и граничных условий позволяет получить полную связанную систему уравнений для определения спектра элементарных колебаний в каждом слое [3], скоростей распространения этих возбуждений, выражение для тензора динамической магнитной проницаемости и выражение для КО ЭМ волн.В результате, был проведен численный расчет КО ЭМ волн от поверхности рассматриваемой структуры в точке ОФП при учете частотной дисперсии магнитной проницаемости ферродиэлектрика. Были получены частотные зависимости КО ЭМ волн при различных значениях констант магнитострикции и толщины слоя ферродиэлектрика. Показано, что в точке ОФП частотная зависимость КО ЭМ волн от данной структуры практически согласуется с полученными результатами для полу - бесконечного ферродиэлектрика при наличии размерных резонансов [4]. В области частот магнитоупругого взаимодействия КО ЭМ волн может быть уменьшен от 1 до 0, 3 (рис.1). Это объясняется резким уменьшением длины упругих волн, распространяющихся в ферродиэлектрике за счет уменьшения их фазовой скорости в области ОФП [5]. Определено, что КО ЭМ волн существенно зависит от значения постоянной магнитострикции и толщины слоя ферродиэлектрика. Вдали ОФП, полученные в результате расчетов частотные зависимости КО ЭМ волн согласуются с аналогичными зависимостями для немагнитного металлического слоя при наличии малых размерных резонансов.
Рис.1. Частотная зависимость коэффициента отражения электромагнитных волн от поверхности слоистой структуры ферродиэлектрик - металл в точке ориентационного фазового перехода при значении постоянной магнитострикции B2=107 'эрг/см3 и толщине слоя ферродиэлектрика d=0,1 см.
Список литературы [1] Бучельников В.Д., Бычков И.В., Шавров В.Г.//ФТТ. 1992. Т.34. С.3408-3411. [2] Бучельников В.Д., Бычков И.В., Шавров В.Г.//ФММ. 1988. Т.66. С.222-226. [3] Бучельников В.Д., Бычков И.В., Бабушкин А.В., Шавров В.Г.//ФММ. 2000. Т.90. С.9. [4] Бучельников и др.//Радиотехника. 2000. №8. Т.15. [5] Туров Е.А., Шавров В.Г.//Успехи физических наук. 1983. Т.140. С.429. |
| (c) АСФ России, 2001 |