Студконференция 2014

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Донецький національний університет

П Р А Ц І

студентської наукової конференції фізико-технічного факультету Донецького національного університету за період 2013-2014 учбового року:

збірник наукових праць

Донецьк 2014

Праці студентської наукової конференції фізичного факультету Донецького національного університету, за період 2013-2013 учбового року: збірник наукових праць. Донецьк, ДонНУ, 2014. –73 с.

В збірнику розміщені вибрані матеріали студентської наукової конференції фізичного факультету, що проходила 21-24 квітня 2014 року. В ньому представлено 58 доповідей за різними науковими напрямами, що частково презентують спектр наукових напрямків факультету.

Головний редактор: декан фізико-технічного факультету доктор технічних наук, професор Каргін А.О.

©Колектив авторів, 2014

_________________________________________________________

Подписано к печати 16.04.2014. Объем 3,0 усл. п.л. Тираж 50. Заказ 31

Отпечатано в типографии издательства «Апекс» ул. Челюскинцев 151, к. 101.

Т.: 305-39-41, 381-08-36. E-mail: ooo_apex@mail.ua

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 537.611.2

ПРОЦЕССЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СПИНОВЫХ ВОЛН В АНТИФЕРРОМАГНИТНЫХ МАГНОННЫХ КРИСТАЛЛАХ

А. В. Петрова

Научный руководитель: к. ф.-м. н. В. С. Ткаченко

Одним из важных направлением физики твердого тела является исследование волновых и колебательных процессов в магнитных материалах. Это связано с применением в последние годы в технике новых магнитных наноматериалов, которые широко используются в системах записи и хранения информации, в фильтрах СВЧ диапазона, в качестве магнитных сенсоров и т.п.

Внастоящее время актуальны разработки новых материалов и устройств, в которых возможно использование преимуществ высокочастотных волн. Особый интерес представляет практическое использование характерных особенностей спиновых волн, распространяющихся в многослойных структурах и магнонных кристаллах.

Впоследнее десятилетие интересной представляется задача о создании магнитных материалов с управляемыми свойствами. Такими материалами могут быть структуры с пространственно модулированными параметрами, примером которых могут служить железоиттриевые гранаты.

Актуальность темы данной работы обусловлена необходимостью получения новых знаний и представлений о распространении, отражении и прохождении спиновых волн в многослойных антиферромагнитных магнонных кристаллах.

Вработе поставлена задача об исследовании поведения спиновых волн на стыке двух одноосных антиферромагнетиков с одинаковым обменным взаимодействием, но различной магнитной анизотропией, в постоянном магнитном поле, направленном вдоль легкой оси, с наложением стенки Блоха вдоль данной оси.

Предложена математическая модель, которая позволит рассчитать показатели преломления и коэффициенты отражения спиновых волн в такой структуре, а также выяснить, возможно ли привязать стенку Блоха к границе раздела антиферромагнетиков, или она сместится.

Исследование поведения спиновых волн в магнонных кристаллах является чрезвычайно перспективной областью, реализация которой позволит внедрять новые магнитные наноматериалы при создании технологий.

3

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 537.9

СИНГУЛЯРНАЯ ОПТИКА СПИНОВЫХ ВОЛН

Ю.А. Паладян

Научный руководитель: к. ф.-м. н. В. С. Ткаченко

В настоящее время в оптике фактически сформировалась новая область, называемая "оптикой винтовых полей" или "сингулярной оптикой". В рамках этой области рассматриваются свойства оптических вихрей, а также физический механизм их образования.

Считается, что начало развития сингулярной оптики, было положено фундаментальной работой Ная и Берри, в которой объектом исследования были необычные для классической оптики структуры волновых фронтов, а для их описания введен термин физики твердого тела – «дислокации волнового фронта». Определено, что основным свойством световых пучков является наличие на волновом фронте особой точки – винтовой дислокации. В такой области волновая фаза света не определена и может иметь любое значение между нулем и 2π. Если такая фазовая особенность, представляет из себя линию, "бегущую" параллельно оси пучка, то ее называют "оптическим вихрем", а направление распространения световой энергии задается вектором Умова-Пойтинга, перпендикулярным к поверхности волнового фронта в каждой точке, что определяет «завихрение» энергетического потока в окрестности винтовой дислокации. Среди волновых пучков с разнообразной структурой амплитудно-фазового профиля особое место занимают пучки с винтовыми возмущениями волнового фронта. Такого рода возмущения обуславливают вихревой характер распространения световой энергии, и говорит о существовании оптических вихрей.

Наряду с устройствами, разработанными на основе спиновых волн, обладающими рядом достоинств, таких как высокая скорость считывания и записи информации, выделили, что образование спиновых волн может оказывать сильное влияние на свойства магнитной памяти, а также накладывать ограничение на увеличение рабочей частоты и уменьшение размеров элементов памяти. Опираясь на эти факторы, была поставлена задача, рассмотреть поведение спиновых волн в рамках сингулярной оптики. Выяснить, как параметры плоской спиновой волны с сингулярностью повлияют на коэффициенты прохождения и преломления света на границе двух сред. А также провести исследования плоской монохроматической волны с сингулярностью находящейся в среде распространения спиновых волн при падении на границу раздела двух ферромагнетиков.

4

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 536.763

СПИНОДАЛЬНЫЙРАСПАДТВЁРДЫХРАСТВОРОВИСТЁКОЛ

С.С Босак

Научный руководитель: д. ф.-м. н. Л.И Стефанович

Спинодальный распад, по сути, представляет собой не что иное, как диффузионный процесс, в ходе которого происходит взаимная диффузия частиц сорта 1 и сорта 2. Движущей силой процесса при этом является разница химических потенциалов компонентов в различных точках системы. Когда эта разница исчезает и химические потенциалы компонентов становятся одинаковыми и равными друг другу во всех точках системы, наступает равновесное состояние, отвечающее минимуму свободной энергии.

Для исследования кинетики установления равновесия необходимо определить химические потенциалы компонентов для неоднородной неравновесной системы. Исходным для записи динамического

уравнения, определяющего концентрацию с r ,t , является стандарт-

ное выражение для плотности диффузионного потока через функциональную производную от свободной энергии F c r ,t ,T по концен-

трации.

Параметром порядка (бесконечномерным) в рассматриваемой теории является концентрацияс r ,t . Особенностью этого параметра

порядка является то, что он удовлетворяет локальному закону сохранения, записываемому в виде уравнения непрерывности.

Вработе рассмотрена эволюция со временем крупномасштабных флуктуаций нетермодинамического характера, возникающих как результат технологической предыстории образца.

Было получено обобщенное уравнение диффузии типа КанаХиллиарда. Ввиду случайного характера начальных неоднородностей концентрации для решения задачи использован статистический подход.

Врамках этого подхода получена система нелинейных эволюционных уравнений для асимметрии системы и среднего размера ее концентрационных неоднородностей. Проведен асимптотический анализ вышеуказанной системы и найдены термодинамически равновесные и квазиравновесные состояния стекла. Построены фазовые портреты, определяющие особые точки и сепаратрисы системы для двух случаев: когда стекло, после закалки оказывается «в среднем» в спинодальной области и вне спинодальной области.

5

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 537.611.3

НЕУПОРЯДОЧЕННАЯ ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА В ФЕРРИТ-ГРАНАТОВОЙ ПЛЕНКЕ

А. Байстрюченко

Научный руководитель: А.В. Безус

В феррит-гранатовых пленках наблюдается большое многообразие доменных структур (ДС), которое можно разделить на два класса – упорядоченные и неупорядоченные ДС.

В работе экспериментально изучено поведение неупорядоченной ДС и особенности ее доменных границ (ДГ) при изменении магнитного поля (Н). Исследования проводились на пленке состава (TmBi)3(FeGa)5O12 с развитой поверхностью <111> (температура Нееля TN=437K, температура магнитной компенсации TC=120K, намагниченность насыщения при комнатной температуре 4πMS=175Гс). ДС наблюдалась с помощью эффекта Фарадея.

Неупорядоченные ДС можно получить в результате фазовых переходов (ФП) в РЦД индуцированных магнитным полем. При дейст-

вии на РЦД H>0 ( H M внутри ЦМД) диаметр ЦМД уменьшался, а период оставался постоянным. При H, равном полю коллапса (HC) РЦД, в решетке ЦМД происходил ФП I рода. Полученная в результате ФП неупорядоченная ЦМД-структура существовала только при HC. В ДС появились зародыши страйпов. При уменьшении H до нуля из этой структуры возникла новая неупорядоченная ДС, состоящая из ЦМД и страйпов. При повторном увеличении H до поля коллапса РЦД страйпы исчезли, и восстановилась исходная неупорядоченная ЦМД-

структура. При медленном изменении H в пределах 0 H HC можно было переходить из одной неупорядоченной ДС в другую, т.е. неупорядоченная ДС обладала обратимостью [1].

Таким образом, чем больше степень неупорядоченности доменной структуры, т.е. чем больше энтропия ДС, тем больше ее устойчивость при изменении Н. Важную роль играет структура доменных границ. Чем меньше воздействие на ДС импульсным полем, тем меньшее количество ВБЛ в доменных границах, тем вероятнее в переходах ДС наблюдается обратимость, т.е. присутствует «эффект памяти».

1. Jagla E. A. Numerical simulations of two dimensional magnetic domain patterns / E. A. Jagla // Phys. Rev. E. – 2004. –V. 70, Iss. 4. – 046204.

6

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 621.126

КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ДИФРАКЦІЇ ЕЛЕКТРОНІВ НА МОНОКРИСТАЛІ

М.В. Ломакін

Науковий керівник: В.В. Коломенська

Фізична освіта передбачає не тільки знання фундаментальних законів, а й навички експериментальної роботи. Однак, деякі важливі для розуміння фізичних явищ експерименти в умовах навчальної лабораторії провести неможливо. В таких випадках виправдане проведення комп’ютерного модельного експерименту.

Мета даного проекту – розробка комп’ютерної лабораторної роботи з вивчення досліду Девіссона й Джермера з дифракції електронів на монокристалі. Цей експеримент є прямим доказом існування хвильових властивостей мікрочастинок.

В експерименті паралельний пучок електронів спрямовувався на грань монокристалу нікелю під деяким кутом до його площини, і

реєструвалась залежність інтенсивності розсіяного пучка І від кута розсіювання. На полярній діаграмі інтенсивності розсіювання були зареєстровані дифракційні максимуми, що відповідали дзеркальному відбиттю електронів. Для фіксованого кута будувалась залежність

І( U ), де U – прискорювальна напруга. Значення напруги, при яких спостерігалися максимуми інтенсивності, порівнювались із значення-

Проведення цього експерименту потребує спеціального обладнання, яке важко придбати для навчальної фізичної лабораторії. В такому випадку експеримент можна замінити модельним. Мета модель-

ного експерименту – впевнитися в тому, що при заданому U ~ m.

Для проведення експерименту на екрані зображується схема установки, задається значення кута . Змінюючи напругу, в модельній установці можна зареєструвати силу струму в колекторі і побудувати гра-

фік залежності І( U ).

Дослід оформлений у вигляді лабораторної роботи, виконання якої потребує знання теорії і навичок обробки експериментальних даних. За виконання роботи студент отримує оцінку. На даний момент розроблені сценарій лабораторної роботи та деякі елементи інтерфейсу

7

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 538.945

FRACTAL-LIKE STRUCTURE OF FLUX FRONT PENETRATION

INTO SUPERCONDUCTING NbTi DISC

rough surface D was defined using the obtained value α. Roughness exponent values are in the range 0.47-0.54 for the magnetic induction 150-400 G. As for Housdorff dimension, it lies in the range of 1.46-1.53, respec-

8

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

tively. According to our analysis we can conclude that the penetration front of the magnetic flux into superconducting NbTi disc has fractal-like structure [5].

1.Jooss Ch. Magneto-optical studies of current distributions in high-Tc superconductors / Jooss Ch., Albrecht J., Kuhn H., Leonhardt S. and Kronmuller H. // Rep. Prog. Phys. – 2002. – № 65 – P. 651-788.

2.Vlasko-Vlasov V. K. Experimental test of the self-organized criticality of vortices in superconductors / Vlasko-Vlasov V. K., Welp U., Metlushko V., and Crabtree G. W. // Phys. Rev. B. – 2004. – № 69 – 140504(R).

3.Lopez J.M. and Schmittbuhl J., Phys. Rev. E. – 1998. – № 57 – 6405.

4.Ramasco J.J., Lopez J.M. and Rodriguez M.A., Phys. Rev. Lett. – 2000. – № 84 – 2199.

5.Vicsek T. Fractal Growth Phenomena. Singapore, New Jersey: World Scientific. – 1992; Barabasi A.L. and Stanley H.E.. Fractal Concepts in Surface Growth. Cambridge: Cambridge University Press. – 1995; Meakin P.. Fractals, Scaling and Growth Far from Equilibrium. Cambridge: Cambridge University Press. – 1995.

ИЗУЧЕНИЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯНАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДАЦИРКОНИЯПОРАЗМЕРАМПРИПОМОЩИТЕМ

М.А. Шаповал

Научный руководитель: И.А. Ящишин

Микроскопические методы являются мощным инструментом для характеристики размера частиц, их распределения по размерам и морфологии. Они включают в себя прямое наблюдение частиц, и как следствие определение размера на основе определенной меры – диаметра. Данное изучение проводилось на просвечивающем электронном микроскопе, так как он позволяет осуществлять анализ в диапазоне размеров от 0,01 мкм до 10 мкм, сохраняя подходящее разрешение для того, чтобы работать с наночастицами.

Несмотря на то, что размерный анализ позволяет прямое наблюдение порошков, он может привести к ошибочным результатам, если не будут приняты соответствующие меры предосторожности во время отбора проб и пробоподготовки. Очень важно, чтобы измерения проводились на представительной части измеряемого обьекта. Часто, оседание частиц или агломераций может привести к образованию фракций из частиц определенного размера, либо присутствию частиц в непропорциональном количестве, что приводит к искажению результатов измерений. Для уменьшения статистических ошибок необходимо определить размер большого числа частиц.

9