Экспериментальные результаты и их обсуждение

Исследовалось влияние нерезонансного импульсного магнитного поля на спиновое эхо от ядер 59Co в тонких магнитных пленках поликристаллического кобальта. Поле наведенной анизотропии Hk ~ 2000 А/м. Толщина слоя ~ 1000 . Поле h ориентировано перпендикулярно оси легкого намагничивания (ОЛН) пленки и параллельно возбуждающему полю (рис. 3.26, а). В приведенных экспериментах определялась зависимость амплитуды эхо-сигналов от длительности, амплитуды и формы нерезонансного магнитного поля. На рис. 3.26, б представлена временная диаграмма импульсов возбуждения двухимпульсного эха и дополнительный видеоимпульс магнитного поля h1=h длительностью q1=q. На рис. 3.27 представлена экспериментальная зависимость коэффициента подавления K3, соответствующего (3.16), от длительности прямоугольного импульса q1 при различных значениях h1 для двухимпульсного эха 1-2 (n=3). Здесь же для сравнения эффективности подавления эхо-откликов в пленочных и массивных средах представлена характеристика подавления, соответствующая порошковому кобальту (нижняя кривая). Как видно из представленных графиков, для одинакового подавления в пленочных средах требуется создать видеоимпульсы магнитного поля с напряженностью магнитного поля в 40 раз меньшей, нежели в порошковом материале. Это еще одно преимущество тонкопленочных сред при их использовании в качестве рабочих сред спиновых процессоров по сравнению с массивными средами.

Если ограничиться в дальнейшем квадратичной аппроксимацией n=2 в (3.9) для hi<< Hk, то для двухимпульсного эха n=3 будем иметь в соответствии с (3.11), (3.13) и табл. 3.2 выражения:

(3. 18 )

(3. 19 )

Если импульсы прямоугольные и имеют длительности q _i,то выражения (3.18) и (3.19) переходят в соотношения:

а

б

Рис. 3.26. Тонкая магнитная пленка с ориентацией магнитных полей (а) и временная диаграмма импульсов возбуждения первичного эха и дополнительного видеоимпульса магнитного поля h ₁= h длительностью q₁=q (б)

Из (3.17)- (3.19) следует, что амплитуда двухимпульсного эха не зависит от нерезонансного импульсного магнитного поля, если импульсы h ₁ и h ₂ идентичны. Если же импульсы имеют одинаковую площадь b₁₃=0, b₂₃¹0, то амплитуда эха уменьшается по сравнению с исходной, что наблюдается

Рис. 3.27. Характеристики подавления K ₃ от длительности прямоугольного импульса q₁=q при различных значениях h ₁= h для двухимпульсного эха 1-2 (n =3) в процессоре на основе тонких магнитных пленок кобальта (нижняя кривая относится к порошковому кобальту

экспериментально. В то же время в рамках линейной аппроксимации амплитуда эха не должна уменьшаться. В представленном на рис. 3.26 случае h ₂=0, а a₁₂=0, a₂₂=0, a₁₁= h ₁q₁, a₂₁= h ₁²q₁. Таким образом, спад амплитуды двухимпульсного эха определяется согласно (3.15) модулем характеристической функции .

Если вместо импульса h ₁ подать импульс h ₂, идентичный импульсу h ₁, то в силу того, что a₁₂=a₁₁ и a₂₂=a₂₁, а амплитуда эха будет такой же, как и в предыдущем случае.

На рис. 3.28 представлена временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха, а на рис. 3.29 экспериментальная зависимость коэффициента подавления K ₃ двухимпульсного эха от длительности импульса q при различных значениях h для случая, когда импульс h ₁ представляет собой два разнесенных во времени разнополярных прямоугольных импульса с параметрами h ₁₁=- h ₁₂= h и q₁₁=q₁₂=q.

В этом случае, согласно (3.18), (3.19), b13=0, а b23=-2h2q. Коэффициент подавления определяется модулем характеристической функции , где - одномерная характеристическая функция, соответствующая одномерной функции распределения . В рассматриваемом случае одинаковые коэффициенты имеют место при h2q = const. Отметим, что в данном эксперименте происходит компенсация фазовых набегов, вызванных нечетными членами суммы в (3.12). Следует заметить, что в условиях линейной аппроксимации в данном эксперименте амплитуда

Рис. 3.28. Временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха для случая, когда импульс h1 представляет собой два разнесенных во времени разнополярных прямоугольных импульса с параметрами h₁₁=- h₁₂= h и q₁₁=q₁₂=q

Рис. 3.29. Характеристики подавления K ₃ при h ₁₁=- h_{1 2}= h и q₁₁= q₁₂ = q

двухимпульсного эха не должна меняться. Следовательно, предположение о нелинейном характере изменения сдвига частоты является правомерным.

На рис. 3.30 представлена временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха, а на рис. 3.31 экспериментальная зависимость коэффициента подавления K3 от длительности импульса q при различных значениях h в случае, когда импульсы h1 и h2 являются прямоугольными импульсами разной полярности так, что h1=- h2= h и q1=q2=q. При этом, в соответствии с (3.18) и (3.19), b13=-2hq, а b23=0. Коэффициент подавления определяется модулем характеристической функции , где -одномерная характеристическая функция, соответствующая распределению . В данном случае равные коэффициенты подавления имеют место при одинаковых площадях hq = const. В отличие от предыдущего случая в данном эксперименте происходит компенсация фазовых набегов, вызванных четными членами суммы (3.12).

Таким образом, изменение полярности импульса h2 на противоположную не только не приводит к восстановлению амплитуды двухимпульсного эха, но и увеличивает коэффициент подавления по сравнению со случаем, представленным на рис. 3.9.

Изменяя форму нерезонансного импульсного магнитного поля, его амплитуду и длительность можно получать вид в различных сечениях.

Очевидно, что при больших коэффициентах подавления в случае, представленном на рис. 3.11 и 3.12, сигнал эха формируется от ядер с линейным законом изменения частоты, поскольку квадратичный член вызывает расфазировку. Этими ядрами могут быть ядра, находящиеся в центре доменных границ.

Рис. 3.30. Временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха для случая, когда импульсы h ₁ и h ₂ являются прямоугольными импульсами разной полярности так, что h ₁=- h ₂= h и q₁=q₂=q.

Рис. 3.31. Характеристики подавления K ₃ при h ₁=- h ₂= h и q₁= q₂ = q

Для трехимпульсного эха (n= 6), согласно (3.14) и табл. 3.3, при квадратичной аппроксимации имеют место соотношения:

b₁₆=a₁₃-a₁₁; b₂₆=a₂₃-a₂₁.

В частности, если импульсы прямоугольные, то b₁₆= h ₃q₃- h ₁q₁; b₂₆= h ₃²q₃- h ₁²q₁. Таким образом, влияние импульсов h ₁ и h ₃ на амплитуду трехимпульсного эха аналогично влиянию импульсов h ₁ и h ₂ на амплитуду двухимпульсного эха. Амплитуда трехимпульсного эха не зависит в рамках данной теории от импульса h ₂, так как между вторым и третьим импульсами возбуждения информация о трехимпульсном эхо хранится в продольных компонентах вектора намагниченности и потери когерентности не происходит. Экспериментально наблюдалась слабая зависимость амплитуды трехимпульсного эха от импульса h ₂. Максимальное уменьшение амплитуды составляло ~ 2.5 дБ при h ₂=300 А/м и q₂=6 мкс. При меньших значениях h ₂ и q₂ спад амплитуды был еще меньше.

С помощью нерезонансного импульсного магнитного поля может быть выделен любой тип откликаза счет подавления остальных. Для этого необходимо выполнить условия b_{1 n} =b_{2 n} =0. В частности, для выделения трехимпульсного эха (рис. 3.25) необходимо подать три импульса h ₁, h ₂ и h ₃, при этом импульсы h ₁ и h ₃ должны быть одинаковыми. Параметрами, формой и полярностью импульса h ₂ можно варьировать.

При увеличении h до значений, соизмеримых с полем наведенной анизотропии, следует учитывать более высокую степень аппроксимации, нежели квадратичная.

Следует подчеркнуть, что эффективность подавления нежелательных откликов не зависит от формы сигналов возбуждения. Поэтому полученные в режиме возбуждения дельтаобразными импульсами результаты распространяются на любые алгоритмы обработки сигналов в спиновых процессорах на основе магнитоупорядоченных сред, в том числе и на алгоритмы согласованной и субоптимальной фильтрации.

Вопросы для самопроверки

1. При каких условиях происходит сжатие ЛЧМ сигналов в двухимпульсном режиме возбуждения?

2. Какой из сигналов возбуждения в двухимпульсном методе согласованной фильтрации ЛЧМ сигналов является информационным, а какой управляющим? Ответ обоснуйте.

3. При каких условиях происходит сжатие ЛЧМ сигналов в трехимпульсном режиме возбуждения?

4. Какие алгоритмы обработки сигналов можно осуществлять в двухимпульсном режиме возбуждения?

5. Какие алгоритмы обработки сигналов можно осуществлять в трехимпульсном режиме возбуждения?

6. Как реализуются алгоритмы управляемой согласованной фильтрации в спиновом процессоре?

7. Перечислите информационные параметры спиновых процессоров. от чего они зависят?

8. Перечислите энергетические параметры спиновых процессоров.

9. Перечислите все особенности ЯМР в магнитоупорядоченных средах.

10. Приведите структурную схему спинового процессора. Для чего необходимо стробирование в усилителях?

11. Нарисуйте фазово-временную диаграмму подавления двухимпульсного эха импульсом дополнительного магнитного поля, расположенным за вторым импульсом возбуждения.

12. В чем состоит отличие парамагнитных материалов от магнитоупорядоченных? Что такое внутренний коэффициент усиления магнитоупорядоченных материалов.

13. Как осуществляется подавление паразитных сигналов в спиновых процессорах? Как можно использовать при этом фазово-временные диаграммы?