Механический момент каждого магнитного иона в ферромагнетике (спин) совершает прецессию под воздействием поля, перпендикулярному внешнему. Величина прецессии определяется ларморовской частотой.
В реальной ситуации магнитные моменты ионов в ферромагнетике взаимодействуют между собой благодаря дипольным полям, обмену энергией, взаимодействию с полем кристаллической структуры.
Возникают объемные магнитостатические волны (ОМСВ) и поверхностные магнитостатические волны (ПМСВ).
На рис. 24 представлены два состояния ионов во внешнем магнитном поле:
в отсутствии управляющего поля спины выстраиваются вдоль направления постоянного поля (рис.I);
при наложении управляющего поля, например, за счет протекания тока по проводнику, создается спиновая волна, распространяющаяся по пленке и являющаяся динамической неоднородностью (рис.II).
Рисунок 24 – Возникновение динамической неоднородности в виде спиновой волны: а - в отсутствие управляющего поля;б – при наличии управляющего поля
Характер распространения возмущения напоминает движение одиночной волны по струне, причем увеличение натяжения струны аналогично увеличению магнитного поля. В обоих случаях наблюдается увеличение частоты. Эти волны называют также спиновыми.
Наряду со спиновыми волнами в ферромагнетиках можно возбуждать упругие волны в ультразвуковом диапазоне, электромагнитные волны.
Эти волны можно рассматривать как динамические неоднородности, между которыми могут возникать процессы взаимодействия.
Взаимодействие упругих и спиновых волн, например, представляет собой магнитострикционную связь, которая позволяет изменить свойства волн вблизи точек синхронизма и образовать гибридную магнито - упругую волну (МУВ). Фазовые скорости таких волн выше скорости звука.
|
|
Если рассмотреть слоистую структуру ферромагнетик-полупроводник, то спиновые волны в ферромагнитной пленке могут взаимодействовать с электронами проводимости полупроводника.
Электрическое поле спиновой волны проникает через границу раздела в полупроводник и создает там переменный ток. Джоулево рассеяние мощности приводит к затуханию волны.
В случае приложения поля к полупроводниковой пленке в ней возникает электрический ток, носители приобретают упорядоченное движение.
На эти носители действует сила Лоренца, возникающая вследствие проникновения в полупроводник магнитного поля спиновой волны.
В случае совпадения скорости упорядоченного движения носителей в полупроводнике и фазовой скорости спиновой волны сила Лоренца колеблется в противофазе с силой электрического поля волны.
При этом, если <, то происходит ослабление спиновой волны;
если =, то спиновая волна не поглощается,
если >, то происходит усиление спиновой волны или магнитоакустический резонанс.
Магнитоакустический резонанс возникает на частотах 1–102 ГГц.
Перспективными процессами обработки сигналов в гигагерцовом диапазоне являются линии задержки на магнитостатических волнах. Функционально эти устройства напоминают процессоры на ПАВ.
Конструктивно линия задержки на МСВ реализуется на многослойной структуре, состоящей из прочной подложки (Al2O3), тонкопленочной континуальной среды из железоиттриевого граната (ЖИГ) и галлий гадолиниевого граната (ГГГ) (Рис. 25).
|
|
Т 
онкопленочная технология производства сред для устройств на МСВ совместима с технологией интегральных схем.
Рисунок 25 – Линия задержки на МСВ
В зависимости от свойств среды магнитостатические волны распространяются с дисперсией или бездисперсионно. На рисунке представлена бездисперсионная линия задержки.
На входной детектирующий микрополосковый преобразователь поступает сигнал, который возбуждает МСВ, несущие с задержкой информацию на выходной генерирующий микрополосковый преобразователь.
 |
МСВ с частотой линейно не связаны, поэтому в линиях задержки наблюдается зависимость времени задержки от частоты.
Рисунок 26 –Характеристика линии задержки на МСВ
Для компенсации такой зависимости прикладывают магнитное поле, направленное перпендикулярно к пленке железоиттриевого граната (ЖИГ).
Используя также две заземленные обкладки, можно изменить параметры распространения МСВ и обеспечить постоянное время задержки в заданном частотном интервале.
В зависимости от направления приложенного поля можно возбудить различные типы волн.
При направлении поля по оси Z, приложенного перпендикулярно слою ЖИГ, возбуждается прямая объемная волна. Задержка сигнала возрастает с частотой.
При приложении поля вдоль оси X генерируется обратная объемная волна с убывающей зависимостью задержки от частоты.
При направлении магнитного поля вдоль оси Y генерируются поверхностные волны, аналогичные ПАВ.
Линия задержки, использующая прямую волну, имеет возрастающую линейно-частотную модуляцию (ЛЧМ), а с обратной волной - убывающую. Это позволяет применять линии задержки на МСВ в устройствах оптимальной фильтрации. Коэффициент сжатия может составлять несколько порядков.
|
|
Линия задержки может быть использована в качестве трансверсального фильтра.
Известно, что требуемую характеристику фильтра получают путем суммирования и взвешивания выходных сигналов с ряда слабо связанных отводов. С их помощью снимают сигналы, распространяющиеся в линии задержки.
Для приборов на магнитостатических поверхностных волнах волну легко ветвить в любых точках тракта распространения.
В зависимости от типа используемых входных и выходных преобразователей, соответственно генераторов и детекторов МСВ, можно получить различные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) преобразования.
Преобразователь меандрового типа генерирует АЧХ, описываемую функцией sinx/x.
Преобразователь с параллельными полосками работает в длинноволновой части спектра и генерирует вдвое больше гармоник, чем меандровая структура. Эти преобразователи легли в основу конструкции трансверсальных фильтров на МСВ, полосковых фильтров.
Детекторы спиновых волн конструктивно практически не отличаются от генераторов и пришедшая к ним МСВ возбуждает в проводнике импульс тока.