Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов
Описана методика измерений поглощения и дисперсии скорости высокочастотных ультразвуковых волн, основанная на использовании составного акустического резонатора. Указанная методика реализована при исследовании малых изменений поглощения и дисперсии фазовой скорости звука в борате железа FeBO3 толщино...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10556 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов / В.И. Хижный, В.В. Тараканов, Т.М. Хижная // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 58-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859812019584106496 |
|---|---|
| author | Хижный, В.И. Тараканов, В.В. Хижная, Т.М. |
| author_facet | Хижный, В.И. Тараканов, В.В. Хижная, Т.М. |
| citation_txt | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов / В.И. Хижный, В.В. Тараканов, Т.М. Хижная // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 58-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Описана методика измерений поглощения и дисперсии скорости высокочастотных ультразвуковых волн, основанная на использовании составного акустического резонатора. Указанная методика реализована при исследовании малых изменений поглощения и дисперсии фазовой скорости звука в борате железа FeBO3 толщиной ~140 мкм на частоте ~ 200 МГц.
Описано методику вимірів поглинання і дисперсії швидкості високочастотних ультразвукових хвиль, яка застосована на використанні складового акустичного резонатора. Зазначена методика реалізована при дослідженні малих змін поглинання і дисперсії фазової швидкості звуку у бораті заліза FeBO3 завтовшки ~140 мкм на частоті ~ 200 МГц.
A method of high-frequency ultrasound waves absorption and velocity dispersion based on application of a compound acoustic resonator has been described. This method is realized for investigation of small absorption variation and velocity dispersion of sound in iron borate FeBO3 with a thickness ~ 140 ?m at fre-quency ~ 200 MHz.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:20:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
__________
ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 13, № 1, 2008, с. 58-64 © ИРЭ НАН Украины, 2008
УДК 534.286
ПРИМЕНЕНИЕ СОСТАВНОГО АКУСТИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В. И. Хижный, В. В. Тараканов, Т. М. Хижная
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины,
12, ул. Академика Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: khizh@ire.kharkov.ua
Описана методика измерений поглощения и дисперсии скорости высокочастотных ультразвуковых волн, основанная на
использовании составного акустического резонатора. Указанная методика реализована при исследовании малых изменений погло-
щения и дисперсии фазовой скорости звука в борате железа FeBO3 толщиной ~140 мкм на частоте ~ 200 МГц. Ил. 8. Библиогр.:
8 назв.
Ключевые слова: высокочастотная ультразвуковая волна, составной акустический резонатор, поглощение звука, дис-
персия фазовой скорости звука, борат железа.
Метод резонансной ультразвуковой спек-
троскопии (РУС) в настоящее время широко при-
меняется в технике физического эксперимента и
успешно конкурирует с импульсными методами
измерений [1]. Методом РУС достигнута самая
высокая точность измерения упругих модулей
материалов, он позволяет также наиболее быстро
и точно осуществлять неразрушающий контроль
материалов[1-3]. Этим методом изучается резо-
нансный отклик составного акустического резо-
натора в некотором частотном домене, затем ре-
шается обратная задача нахождения скорости и
затухания акустических волн по измеренным
спектрам. Согласно известным данным мини-
мальные размеры исследуемых образцов методом
РУС ~1мм
3
. В работе [4] предложена процедура
нахождения акустических параметров образцов
(субмиллиметровых размеров) в СВЧ диапазоне,
основанная на измерении и анализе частотных
зависимостей амплитуды и фазы коэффициента
отражения электромагнитных волн от составного
акустического резонатора. Она эффективна лишь
при относительно больших абсолютных уровнях
сигнала, при условии несогласованного режима
измерений, а также требует специально приготов-
ленных широкополосных пьезопреобразователей.
Предметом нашей работы является обос-
нование методики измерений малых изменений
поглощения и скорости объемных акустических
волн в субмиллиметровых пластинках твердых
тел. Она основана на использовании составного
акустического резонатора (САР), который вклю-
чает слой исследуемого вещества (образец), два
пьезопреобразователя и два экранирующих слоя
металла. В режиме непрерывной генерации изме-
ряется «на проход» амплитуда и фаза акустиче-
ской волны в САР на частоте механических резо-
нансов образца. Точность измерений изменения
поглощения и скорости звука определяется ста-
бильностью СВЧ генератора и чувствительностью
регистрирующего амплитуду и фазу прибора. В
условиях данных опытов точность относительных
измерений вариации скорости звука ~10
-5
, а по-
глощения ~10
-3
на частоте f ~ 200 МГц.
В качестве примера применения данной
методики представлены результаты измерения
изменения поглощения и дисперсии скорости
продольного звука в 140 мкм пластинке бората
железа (FeBO3) - легкоплоскостном антиферро-
магнетике. Изучен акустический отклик образца на
процесс его монодоменизации во внешнем под-
магничивающем поле, лежащем в его базисной
плоскости. При этом обнаружены осцилляции ско-
рости и особенности поглощения продольного
звука, связанные с динамикой магнитных структур
при монодоменизации бората железа.
1. Модель. Резонансные особенности ко-
эффициента прохождения акустических волн при
изменении частоты имеют место всякий раз, ко-
гда на толщине структуры укладывается целое
число полуволн. Форма амплитудно - и фазо-
частотной характеристик существенно зависят от
поглощения и скорости звука в составляющих
резонатор средах [5]. Поэтому для адекватного
выбора модели необходимы априорные данные
эксперимента об амплитудно-частотной (АЧХ) и
фазо-частотной (ФЧХ) характеристиках САР.
Будем предполагать, что толщины всех слоев
«сэндвича» САР известны, а образец имеет наи-
большую толщину d6, т. е. d6
>>dj, j – номера сло-
ев. Будем также полагать, что интегральная рабо-
чая полоса пьезопреобразователей включает не
менее двух собственных механических резонан-
сов образца. В наших экспериментах это требо-
вание выполнялось для 15 и 20,5 мкм LiNbO3 –
пьезопреобразователей и 140 мкм пластинки
бората железа. Интегральная рабочая полоса
частот преобразователей ~170 – 250 МГц позво-
ляла наблюдать три резонанса на образце с но-
мерами n = 6 – 8 (n = d / ( λ/ 2), λ – длина волны
звука в образце), c частотным интервалом повто-
рения ~ 30 МГц (скорость продольного звука в
борате железа - 8,6
10
5
см/с) (рис. 1,а).
mailto:khizh@ire.kharkov.ua
В. И. Хижный и др. / Применение составного акустического…
_________________________________________________________________________________________________________________
59
САР в разрезе показан на рис. 2. Все слои
последовательно пронумерованы. Здесь 1, 11 –
полубесконечный «согласующий» слой; 2, 10 –
слои пьезоэлектрика; 3, 5, 7, 9 – промежуточные
слои акустической связки; 4, 8 – медные проклад-
ки; 6 – образец с плоскопараллельными гранями.
а)
б)
Рис. 1. Запись АЧХ САР: а) эксперимент; б) расчет
Пьезопреобразователи сами по себе
представляли составной акустический резонатор:
металлический электрод (держатель и демпфер) -
акустический клей (эпокси)
- пьезоэлектрик,
обеспечивающий возбуждение заданной моды.
Комплексный коэффициент прохождения
D акустической волной САР и методика его расче-
та для произвольного числа слоев подробно рас-
смотрен в работе [5]. В нашем случае D имеет вид
11
1 1
)(
)( )exp()(
j j
j
in
ij
j
in
zz
izz
D , (1)
j
j
j
inj
jj
j
inj
in z
ziz
ziz
z
))(tg(
))(tg(
)1(
)1(
)(
, (2)
где jz - акустический импеданс j - го слоя;
)( j
inz -
входной акустический импеданс системы “сэн-
двича” из j - слоев; j - набег фазы в j - м слое;
j = jj dk , jk - волновой вектор звука.
2. Численное моделирование. Дальней-
шая процедура расчета частотной характеристики
)(D в САР состоит из двух этапов. На первом
этапе для простейшего случая пластинки образца,
нагруженной с двух сторон произвольными аку-
стическими импедансами, мы получим и иссле-
дуем аналитическое выражение для )(D . Во
втором – путем численного расчета рассмотрим
реальный САР рис. 2.
Рис. 2. Разрез САР. Описание нумерации слоев дано в тексте
статьи
Для пластинки (или слоя) с акустическим
импедансом 2z , нагруженной на импедансы 1z и
3z , общий вид решения уравнений (1) и (2) для D
в терминах импедансов z и фаз дано во мно-
гих публикациях, см. например [5]. Здесь для на-
глядности мы приведем решение в виде, позво-
ляющем исследовать форму линии механических
резонансов. Для этого введем коэффициент отра-
жения на границах слоя
)/()( 212112 zzzzV ,
)/()( 323223 zzzzV .
Положим 31 zz , тогда VVV 2312
(здесь V > 0). Далее введем коэффициент погло-
щения звука в слое ik2 , / , где
- коэффициент поглощения; - скорость зву-
ка в слое. С учетом этого получаем согласно (1) и
(2) выражение для D, которое после выделения
амплитуды и фазы имеет вид
)exp(
)2cos2ch(
)exp()1(2
2/1
22/1
i
d
V
D , (3)
)cth)(tg(arctg d , (4)
В. И. Хижный и др. / Применение составного акустического…
_________________________________________________________________________________________________________________
60
здесь d - «эффективный» коэффици-
ент поглощения; Vln . Заметим, что выра-
жение для амплитуды D из (3) после тождест-
венных преобразований сводится к приведенному
в работе [6]. Следуя [6], находим механическую
добротность Q и условие механического резонан-
са - экстремум (минимум) знаменателя D (3):
.sh
2
1
2sin
Q
d
Q
d (5)
Для типичных добротностей рис. 1,а
(n = 6; 8) Q ~ 80 условие резонанса c высокой
точностью можно считать
nd , (6)
поскольку d2sin в (5) отличается от нуля на
величину ~10
-3
. При условии (6) добротность
имеет вид
)sh(arcsin2
n
Q , (7)
а максимум амплитуды в резонансе
max
D опре-
деляется эффективным поглощением
12
max
)sh()exp()1( VD . (8)
Формулы (3)-(8) имеют простой смысл.
Изменение фазового набега на образце d
приводит к смещению резонансной линии на оси
частот без изменения ее формы, а изменение эф-
фективного поглощения приводит к ее ушире-
нию (или сужению) без смещения на оси частот.
В общем случае, при изменении и поглощения и
фазы (скорости звука), измеряемая амплитуда
(или фаза) сигнала на фиксированной частоте
есть функция как поглощения, так и скорости
звука.
Оценим далее влияние вариаций фазы на
амплитуду | D | и поглощение на фазу Ψ в облас-
ти механического резонанса для коэффициента
прохождения. Для этого разложим функции | D |
(3) и Ψ (4) в ряд по малым изменениям
o и o в области резонанса
и ограничимся линейными членами. Полагаем,
что изменение поглощения и фазы есть следствие
изменения «внешнего» параметра (например,
магнитного поля), а o и o соответствующие
резонансные значения в отсутствии «внешнего»
параметра. При этом условие малости влияния
на измерения амплитуды имеют вид
o
o
o
0
2
1
)2(sh
Q
sh
Q
, (9)
а условие малости влияния на измерения фа-
зы имеют вид
o
2
o
o
2
o
sh
tg
cos
cth
. (10)
Для наглядности мы приводим соответствующие
зависимости для изменения амплитуды
max
/ DD (3) от вариации абсолютной величи-
ны фазы nd (n = 6) при постоянном
поглощении o (рис. 3) и изменения фазы (4)
от поглощения при постоянной фазе o
(рис. 4). На вставке рис. 4 показана зависимость
добротности Q от поглощения Г для номеров
резонанса 6, 7, 8 (7). Оба приведенных рисунка
соответствуют частоте резонанса с n = 6
(рис. 1,а). Как видно на рис. 4, возможные изме-
нения поглощения Г в интервале 0,1 – 0,16 (60%)
изменяют фазу всего лишь на ~ 3
10
-4
градуса,
тогда как изменения фазы на 1
о
дают относи-
тельное изменение амплитуды ~ 10
-2
(рис. 3) для
добротностей Q ~ 70-90. Согласно рис. 4 (см.
вставку) добротности Q 80 (резонанс с n = 6
рис. 1,а) соответствует «эффективное» поглоще-
ние Г ~ 0,12. Заметим, что увеличение добротно-
сти может существенно изменить все соотноше-
ния (рис. 3, 4) в худшую сторону. В реальном
эксперименте изменения поглощения и фазы –
произвольны. Поэтому исходной предпосылкой
применимости методики измерений амплитуды и
фазы, и дальнейшего анализа данных является
экспериментальный частотный спектр коэффици-
ента прохождения звука, наличие механических
резонансов и значения их измеренных добротно-
стей.
Рис. 3. Зависимость
max
/ DD (3) от фазы при постоян-
ном поглощении
Рассмотрим далее реальный САР рис. 2.
Математическая зависимость коэффициента про-
хождения акустической волны и частоты в реаль-
ном САР чрезвычайно сложна. Поэтому для на-
В. И. Хижный и др. / Применение составного акустического…
_________________________________________________________________________________________________________________
61
хождения D (ω) и Ψ (ω), а также зависимостей,
аналогичных приведенным на рис. 3, 4, был про-
веден численный расчет. На первом шаге вычис-
лений согласно (2) последовательно вычислялись
входные акустические импедансы всех слоев
САР. Затем вычислялось произведение (1). Чис-
ленные значения всех акустических импедансов и
скоростей звука для материалов слоев хорошо
известны, и их можно найти в работе [7]. Исклю-
чение составляет борат железа и слой акустиче-
ского клея (Nonaq Stopcock). Согласно нашим
данным для бората железа z = 36,8
10
6
кг/м
2
с, для
клея z ~ 3
10
6
кг/м
2
с, ~1,5
10
5
см/с. При расче-
тах использовались следующие соотношения для
толщин и поглощения промежуточных слоев (см.
рис. 2): dj = 2 мкм; j ~70 см
-1
(j
=
3, 5, 7, 9);
dj = 12 мкм; j ~70 см
-1
(j = 4, 8). Для бората железа
7-8 см
-1
, а для слоя пьезоэлектрика 9 см
-1
.
Все численные значения поглощения j брались
для частоты 200 МГц и полагались постоянными в
исследуемом интервале частот. Заметим, что по-
скольку поглощение в САР есть аддитивная вели-
чина, то имелась некоторая «свобода» в выборе
поглощения в промежуточных слоях.
Рис. 4. Зависимость (4) от поглощения при постоянной
фазе. На вставке приведена зависимость добротности Q от
поглощения Г для номеров резонансов 6, 7 и 8
Как видно на рис. 2, две внешние акусти-
ческие нагрузки “сэндвича” САР с номерами 1 и
11 представляют собой полубесконечные слои.
Смысл введения их состоит в следующем. Нами
использовались стандартные пьезопреобразова-
тели, которые сами по себе представляли собой
составной акустический резонатор. Это система
слоев: пьезоэлектрик + нагрузка - слой клея
(эпоксидная смола -1-2 мкм) и металлическая
заглушка (демпфер-держатель толщиной 2 мм).
Такой преобразователь несложно рассчитать по
методу [7], который дает зависимость его входно-
го электрического импеданса Zе от акустических
импедансов нагрузок Z1 и Z2, что имеет смысл
при работе «на отражение». При этом Zе есть
сумма электрического импеданса емкости преоб-
разователя и некоторого вклада «акустического»
импеданса [7]. Поэтому при решении акустиче-
ской задачи “на проход” вклад электрических
цепей преобразователей представляет собой не-
которую “электрическую” добавку в акустиче-
ский импеданс пьезоэлектрика. Пользуясь мат-
ричной формулой (1.4.18) [7] эту добавку можно
рассчитать и учитывать при численном расчете.
Однако если ввести слои 1 и 11 (рис. 2),
то условие наилучшего согласования экспери-
ментальной АЧХ и расчетной (по добротностям
резонансов) требует равенства действительной
части входного акустического импеданса двойно-
го слоя (клей - металлическая заглушка) преобра-
зователей и импедансов слоев 1 и 11. Это указы-
вает на то, что электрическое согласование в ис-
следуемой полосе частот (по уровню КСВН - 1,5)
соответствовало компенсации реактивной части
нагрузок преобразователей, вносимых электриче-
скими цепями акустическим импедансом. Поэто-
му внешние акустические нагрузки САР 1 и 11
имели величину z ~ (2-2,6)
10
6
кг/м
2
с. По сути,
это были практически единственные “подгоноч-
ные” параметры задачи.
Результат расчета АЧХ САР -
max
DD
показан на рис. 1,б. Сравнение рис. 1,а и рис. 1,б
указывает на согласование расчета и эксперимен-
та. Согласно рис. 1 область частот ~ 210 МГц со-
ответствует перекрытию центра полосы пропус-
кания преобразователей и резонанса образца с
номером 7, это должно затруднять интерпрета-
цию результатов измерений на этом резонансе. В
этой области частот имеем неоднородное ушире-
ние линии резонанса из-за изменения фазы при
отражении на промежуточных слоях “сэндвича”,
оно сопровождается немонотонными зависимо-
стями фазовой характеристики (которая здесь не
приведена).
Проведем далее численные оценки для
влияния вариации фазы и амплитуды на ком-
плексный коэффициент прохождения D для САР,
подобные приведенным выше для простого слу-
чая одиночной нагруженной пластинки. Резуль-
тат численного моделирования для частоты, со-
ответствующей резонансу с n = 6, показан на
рис. 5, 6. Из него следует, что за исключением
дополнительного фазового сдвига (рис. 6) карти-
на практически не отличается от случая одиноч-
ной пластинки. На вставке к рис. 6 показано
влияние отстройки от точного значения резонанса
резff ( резf 180,282 МГц) на зависимость
В. И. Хижный и др. / Применение составного акустического…
_________________________________________________________________________________________________________________
62
измеряемой фазы Ψ от затухания (поглощения) в
образце - d . Эта отстройка согласно рис. 6 не
должна превышать ~ | 2
10
-4
| для добротностей
рис. 5 и уменьшается при увеличении добротно-
сти. Обычно резонансную частоту можно под-
держивать на уровне 10
-5
-10
-6
без применения
специальных средств.
Рис. 5. Расчетная зависимость
max
/ DD (3) от фазы
при постоянном поглощении для САР
Рис. 6. Расчетная зависимость (4) от затухания в образце
d при постоянной фазе для САР. На вставке приведено
влияние отстройки от точного значения резонанса резff
(
резf =180,282 МГц) на зависимость измеряемой фазы от
затухания: 1 -
резff = -7,3 10-4; 2 -
резff = -4,5 10-4;
3 -
резff = -1,7 10-4; 4 - резff = 1,03 10-4; 5 -
резff = 3,8 10-4
Резюмируя вышесказанное, отметим, что
измерения девиации поглощения и скорости зву-
ка в описанной методике возможны только при
наличии адекватной информации о реакции САР
на внешнее возмущение. Она включает величины
механических добротностей и порядок изменения
поглощения и фазы в функции внешнего пара-
метра. В данном случае для добротности Q ~ 100
(и менее) измерения девиации фазы на резонанс-
ной частоте дают прямую информацию о скоро-
сти звука в образце. Однако для получения адек-
ватной информации об изменении поглощения
необходимо учитывать (корректировать) резуль-
таты измерений амплитуды с учетом соотноше-
ний между изменением фазы и амплитуды.
Поясним это на примере. Пусть измерен-
ные зависимости амплитуды - U (H) и фазы -
)(H (H – внешний параметр, а символ оз-
начает изменение сигнала при введении Н). Тогда
U (H) = )()( HUHU (11)
где )(HU - искомое изменение амплитуды;
)(HU - вклад в амплитуду изменения фазы.
Второе слагаемое (11) находим следующим обра-
зом. Измеряем калибровочные зависимости
)(U (см. рис. 5) и )( при малых девиа-
циях в резонансе (т. е. девиациях частоты, по-
лагая, что поглощение в образце при этом не из-
меняется). Затем калибровочные кривые аппрок-
симируем полиномами соответственно второй и
первой степени по . В нашем случае они хоро-
шо совпали с расчетными (рис. 5). Далее про-
граммными средствами на ПК находим зависи-
мость ))(( H и ).())(( HUHU
Кратко описанный здесь алгоритм входил в раз-
работанный нами пакет программных средств
обработки экспериментальных данных измерений
поглощения и скорости акустических волн в
твердых телах.
Далее приводится пример применения
выше описанной методики в измерениях измене-
ния поглощения и дисперсии скорости для бората
железа в магнитном поле.
3. Эксперимент и обсуждение результа-
тов. Методика эксперимента по измерению фазо-
вой скорости звука и образцы бората железа -
FeBO3 ранее нами были описаны в работе [8]. В
настоящих экспериментах панорамный приемник
заменялся векторметром (фазометром) с рабочим
диапазоном 10-1000 МГц, чувствительностью -
80 дБ/Вт по амплитуде и 0,2 по фазе. Имелся
также дополнительный канал опорного сигнала:
ВЧ генератор - фазометр. В полосе частот рис. 1,а
акустическая измерительная ячейка (рис. 2) со-
гласовывалась по входу и выходу на уровне
КСВН~1,5. Данное значение КСВН обеспечивало
оптимальное наблюдение трех последовательных
механических резонансов на образце бората же-
леза. Измерительная ячейка располагалась в тер-
мостате при комнатной температуре.
В. И. Хижный и др. / Применение составного акустического…
_________________________________________________________________________________________________________________
63
АЧХ САР регистрировалась на ПК при
изменении частоты генератора. Измерения де-
виации поглощения и фазы в магнитном поле
проводились при настройке частоты генератора
на резонанс САР с точностью не хуже 10
-5
. Для
введения данных на ПК мы использовали звуко-
вую плату ПК, имеющую широкий динамический
диапазон (~ 120 дБ), малый уровень шума на час-
тоте временной выборки сигнала 8 кГц. С этой
целью сигналы постоянного тока (амплитуда и
фаза) с фазометра поступали на блок преобразо-
вателя (ключа), с которого амплитудно-
модулированный НЧ сигнал поступал на ПК. Вся
дальнейшая обработка сигналов: цифровая
фильтрация, демодуляция и т. д. проводилась
программными средствами на ПК.
Экспериментальные записи фазы
)(H )0(H и амплитуды
A )0()( HAHA для звука продольной по-
ляризации при его распространении по нормали к
базисной плоскости образца FeBO3 приведены
соответственно на рис. 7, 8. Частота эксперимента
соответствовала резонансу с n = 6 (рис. 1,а),
f ~ 180 МГц. Для оценки отношения сигнал / шум
приведены данные без фильтрации шумов. За-
пись рис. 8 приведена после коррекции по алго-
ритму, приведенному выше. На вставке к этому
рисунку представлен фрагмент записи при
Н ~ 40 Э, где имеется максимальное изменение
фазы, следовательно, и максимальная коррекция
амплитудных данных. Здесь пунктиром приведе-
на кривая без коррекции, а сплошная кривая – с
ее учетом. Максимальное изменение фазы ~ 5
в поле Н ~ 40 Э соответствовало поправке к ам-
плитуде ~3
10
-3
, тогда как максимальное относи-
тельное изменение амплитуды А было на уровне
~ 10
-1
. Как видим, в данном случае приведенными
поправками можно пренебречь.
Рис. 7. Экспериментальная запись полевой зависимости фазы
сигнала (Н) в 140 мкм пластинке бората железа
Согласно нашим измерениям максималь-
ная дисперсия скорости рис. 7 составляет величи-
ну / 4,77 10
-4
(Н
~ 40 Э), а минималь-
ная для монотонного хода (0 < Н < 160 Э) -
/ 1,77
10
-4
.
Рис. 8. Экспериментальная запись полевой зависимости ам-
плитуды сигнала - А=А(Н)/А(Н=0) с учетом коррекции. На
вставке приведен фрагмент записи: сплошная линия - с уче-
том коррекции; штриховая - без коррекции
Относительное изменение поглощения с
учетом (8) можно видеть на рис. 8: для монотон-
ного хода - 1,5 10
-2
и - 9 10
-2
- для немонотонной
зависимости.
Как показано на рис. 7, 8 магнитное поле
было направлено вдоль зеркальной оси симмет-
рии С2 кристалла. Намагничивание образца со-
провождается движением и последовательным
выходом из образца доменных стенок блоховско-
го типа. Выход доменной стенки приводит к
уменьшению поглощения звука и дает дисперсию
его фазовой скорости. Детальное изучение обна-
руженного явления выходит за рамки данного
сообщения и требует дальнейших эксперимен-
тальных и теоретических исследований. Заметим,
однако, что полученные зависимости в поле Н
свидетельствуют о наличии связи упругой под-
системы (продольных акустических фононов) с
магнитными неоднородностями - доменными
стенками. Важно отметить, что для продольной
звуковой волны такая связь возможна лишь при
наличии пьезомагнетизма бората железа.
Выводы. Таким образом, обоснована и
реализована методика измерения малых измене-
ний поглощения и скорости высокочастотных
звуковых волн в магнитных образцах субмилли-
метровых размеров. Методика основана на изме-
рениях и численном моделировании коэффициен-
та прохождения волн в САР и измерении ампли-
туды и фазы акустического сигнала в резонанс-
В. И. Хижный и др. / Применение составного акустического…
_________________________________________________________________________________________________________________
64
ных условиях. Для кристаллов антиферромагне-
тика бората железа на частоте ~ 200 МГц в дан-
ной методике обнаружено относительное измене-
ние поглощения (1,5-9)
10
-2
и дисперсия скорости
(1,8-4,8)
10
-4
продольных ультразвуковых волн в
подмагничивающем магнитном поле. Данный
результат указывает на наличие пьезомагнетизма
бората железа.
Авторы выражают благодарность
А. П. Королюку за полезные обсуждения резуль-
татов работы.
1. Leisure R. G., Willis F. A. Resonant ultrasound spectroscopy //
J. Phys.: Condens. Matter. - 1997. - 9, - Р.6001–6029.
2. Migliori А., Darling Т. W. Resonant ultrasound spectroscopy for
materials studies and non-destructive testing // Ultrasonics. -
1996. - 34. - Р.473-476.
3. Petit S., Duquennoy М., Ouaftouh М., Deneuville et al. Non-
destructive testing of ceramic balls using high frequency ultra-
sonic resonance spectroscopy // Ultrasonics. - 2005. - 43. -
Р.802–810.
4. Крутов Б. Н, Мансфельд Г. Н., Френк Ф. Д. Определение
акустических параметров тонких слоев и пленок по элек-
трическим характеристикам составного резонатора // Аку-
стический журн. - 1994. - 40, №4. - С.633-639.
5. Бреховских Л. М., Годин О. А. Акустика слоистых сред. -
М.: Наука, 1989. - 416 с.
6. Мэзон У. Физическая акустика / Пер. с англ.под ред.
Л. Д. Розенберга. - М.: Мир, 1966. - Т.1. - 592 с.
7. Кайно Г. Акустические волны / Пер. с англ. под ред.
О. В. Руденко. - М.: Мир, 1990. - 652 с.
8. Тараканов В. В., Хижный В. И. Смягчение «немагнитной»
упругой моды в пластинке антиферромагнетика FeBO3 //
Физика низких температур. - 1996. - 22, №7. - С.752-757.
APPLICATION OF COMPOUND
ULTRASOUND RESONATOR FOR
MAGNETIC MATERIALS INVESTIGATION
V. I. Khizhnyi, V. V. Tarakanov, T. M. Khizhnaya
A method of high-frequency ultrasound waves absorp-
tion and velocity dispersion based on application of a compound
acoustic resonator has been described. This method is realized for
investigation of small absorption variation and velocity dispersion
of sound in iron borate FeBO3 with a thickness ~ 140 μm at fre-
quency ~ 200 MHz.
Key words: high-frequency ultrasound wave, com-
pound acoustic resonator, absorption of sound, phase velocity
dispersion of sound, iron borate.
ЗАСТОСУВАННЯ СКЛАДОВОГО
АКУСТИЧНОГО РЕЗОНАТОРА ДЛЯ
ДОСЛІДЖЕНЬ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ
В. І. Хижний, В. В. Тараканов, Т. М. Хижна
Описано методику вимірів поглинання і дисперсії
швидкості високочастотних ультразвукових хвиль, яка засто-
сована на використанні складового акустичного резонатора.
Зазначена методика реалізована при дослідженні малих змін
поглинання і дисперсії фазової швидкості звуку у бораті заліза
FeBO3 завтовшки ~140 мкм на частоті ~ 200 МГц.
Ключові слова: високочастотна ультразвукова
хвиля, складовий акустичний резонатор, поглинання звуку,
дисперсія фазової швидкості звуку, борат заліза.
Рукопись поступила 13 ноября 2007 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10556 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:20:43Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Хижный, В.И. Тараканов, В.В. Хижная, Т.М. 2010-08-03T16:07:17Z 2010-08-03T16:07:17Z 2008 Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов / В.И. Хижный, В.В. Тараканов, Т.М. Хижная // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 58-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10556 534.286 Описана методика измерений поглощения и дисперсии скорости высокочастотных ультразвуковых волн, основанная на использовании составного акустического резонатора. Указанная методика реализована при исследовании малых изменений поглощения и дисперсии фазовой скорости звука в борате железа FeBO3 толщиной ~140 мкм на частоте ~ 200 МГц. Описано методику вимірів поглинання і дисперсії швидкості високочастотних ультразвукових хвиль, яка застосована на використанні складового акустичного резонатора. Зазначена методика реалізована при дослідженні малих змін поглинання і дисперсії фазової швидкості звуку у бораті заліза FeBO3 завтовшки ~140 мкм на частоті ~ 200 МГц. A method of high-frequency ultrasound waves absorption and velocity dispersion based on application of a compound acoustic resonator has been described. This method is realized for investigation of small absorption variation and velocity dispersion of sound in iron borate FeBO3 with a thickness ~ 140 ?m at fre-quency ~ 200 MHz. Авторы выражают благодарность А. П. Королюку за полезные обсуждения результатов работы. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радиофизика твердого тела и плазмы Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов Застосування складового акустичного резонатора для досліджень магнітних матеріалів Application of compound ultrasound resonator for magnetic materials investigation Article published earlier |
| spellingShingle | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов Хижный, В.И. Тараканов, В.В. Хижная, Т.М. Радиофизика твердого тела и плазмы |
| title | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов |
| title_alt | Застосування складового акустичного резонатора для досліджень магнітних матеріалів Application of compound ultrasound resonator for magnetic materials investigation |
| title_full | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов |
| title_fullStr | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов |
| title_full_unstemmed | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов |
| title_short | Применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов |
| title_sort | применение составного акустического резонатора для исследования магнитных материалов |
| topic | Радиофизика твердого тела и плазмы |
| topic_facet | Радиофизика твердого тела и плазмы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10556 |
| work_keys_str_mv | AT hižnyivi primeneniesostavnogoakustičeskogorezonatoradlâissledovaniâmagnitnyhmaterialov AT tarakanovvv primeneniesostavnogoakustičeskogorezonatoradlâissledovaniâmagnitnyhmaterialov AT hižnaâtm primeneniesostavnogoakustičeskogorezonatoradlâissledovaniâmagnitnyhmaterialov AT hižnyivi zastosuvannâskladovogoakustičnogorezonatoradlâdoslídženʹmagnítnihmateríalív AT tarakanovvv zastosuvannâskladovogoakustičnogorezonatoradlâdoslídženʹmagnítnihmateríalív AT hižnaâtm zastosuvannâskladovogoakustičnogorezonatoradlâdoslídženʹmagnítnihmateríalív AT hižnyivi applicationofcompoundultrasoundresonatorformagneticmaterialsinvestigation AT tarakanovvv applicationofcompoundultrasoundresonatorformagneticmaterialsinvestigation AT hižnaâtm applicationofcompoundultrasoundresonatorformagneticmaterialsinvestigation |