Підвищення потужності генератора на нелінійній магнітній наноструктурі

Анотація

Актуальність. Одним з найбільш перспективних напрямів розвитку сучасної електроніки вважається створення приладів спінтроніки, які повинні прийти на заміну традиційним напівпровідниковим елементам. Використання спіну електрона як носія інформації в магнітних наноструктурах може докорінно змінити сучасне життя.

Мета роботи. Метою даної роботи є пошук способів підвищення потужності генератора на магнітній наноструктурі шляхом зміни його електричної схеми та більш оптимальних зовнішніх електромагнітних параметрів, що впливають на стан електронів у досліджуваній шаруватій структурі.

Матеріали та методи. Вирішення поставленої задачі проводиться шляхом числового моделювання магнітної наноструктури за допомогою спеціально створеного мікромагнітного симулятора, в якому реалізований алгоритм одночасного розв’язання системи рівнянь Максвелла та Ландау-Ліфшиця-Гільберта. Розв’язання такої складної задачі прискорюється використанням квазістатичного наближення при розв’язанні системи рівнянь Максвелла, що є обгрунтованим через малі розміри розрахункової області у порівнянні із глибиною скін-шару. Подальші розрахунки електродинамічної системи проводяться за допомогою метода скінченних елементів. Для отримання кращих частотних та енергетичних параметрів генератора пропонується введення резонансної ланки до принципової схеми досліджуваного генератора, який збуджується короткими наносекундними імпульсами.

Результати. Запропонована схема генератора на магнітній наноструктурі, що містить резонатор із зосередженими параметрами, та отримана в загальному вигляді система нелінійних інтегро-диференціальних рівнянь відносно електричних струмів. Числовий розрахунок цієї системи, що включає окрім розрахунку схеми ще й моделювання нелінійної електродинамічної структури методом скінченних елементів. Отримані енергетичні і спектральні характеристики досліджуваного генератора. Проведений пошук оптимальних значень геометричних параметрів наноструктури та величини зовнішнього поздовжнього підмагнічування.

Висновки. Внаслідок складної природи нелінійних процесів у магнітній наноструктурі використання зовнішнього резонатора, який би міг покращити спектральні параметри згенерованого струму, не дало помітного покращення. Вплив величини зовнішнього намагнічення на вихідну потужність генератора є складним і нелінійним, але, в цілому, зменшення рівня намагнічування призводить до помітного зменшення потужності. Встановлено, що для покращення енергетичних характеристик генератора оптимальною є товщина магнітного шару у 6 нм.