Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 32, Numéro C1, Février 1971
EXPOSÉS et COMMUNICATIONS présentés à la 7ème CONFÉRENCE INTERNATIONALE DE MAGNÉTISME 1970
Page(s) C1-443 - C1-451
DOI http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19711153
EXPOSÉS et COMMUNICATIONS présentés à la 7ème CONFÉRENCE INTERNATIONALE DE MAGNÉTISME 1970

J. Phys. Colloques 32 (1971) C1-443-C1-451

DOI: 10.1051/jphyscol:19711153

BEHAVIOR OF FERRITES IN THE MICROWAVE FREQUENCY RANGE

E. SCHLÖMANN

Raytheon Research Division Waltham, Massachusetts 02154


Résumé
Les applications présentes et prévues des ferrites dans le domaine des microondes sont passées en revue. On décrit les caractéristiques intrinsèques qui sont exigées ou désirables pour ces applications. L'attention se porte en particulier sur les pertes observées dans les substances polycristallines dans le cas de champs appliqués beaucoup plus petits ou beaucoup plus grands que le champ aux conditions de résonance. Les pertes sont caracterisées au moyen d'une largeur de raie effective ƊHeff, qui est fonction de la fréquence et de l'intensité du champ magnétique. Dans le cas de polycristaux à faible perte, ƊHeff est généralement beaucoup plus petit loin de la résonance que près de la résonance, bien que même avec les meilleurs polycristaux ƊHeff est considérablement plus grand que pour de bons monocristaux. Le comportement de ƊHeff, au voisinage de la résonance peut s'expliquer d'une manière très satisfaisante sur la base d'une diffusion d'énergie sous forme d'ondes de spin induite par les inhomogénéités ; les nombres d'onde sont de l'ordre de grandeur de la dimension réciproque des grains. Le comportement loin de la résonance s'explique moins bien. On discute de l'excitation de phonons induite par les inhomogénéités en tant que mécanisme de pertes. Dans le cas de ferrites à grains fins, la variation expérimentale de ƊHeff en fonction de la dimension des grains ainsi que celle de la largeur de raie des ondes de spin (telles que déduite du seuil d'instabilité) en fonction de la dimension et de la fréquence est en accord grossier avec le comportement que la théorie prévoit pour ce mécanisme. On discute également des propriétés de ferrites partiellement magnétisées aux hyperfréquences et l'on déduit une formule théorique simple qui s'applique à 1'état démagnétisé. On démontre qu'elle est en accord raisonnable avec le comportement expérimental aux très hautes fréquences (où les pertes sont faibles) aussi bien qu'aux fréquences intermédiaires (0,l-3 GHz) où les pertes sont élevées.


Abstract
Present and foreseen applications of ferrites in the microwave frequency range are reviewed. The material parameters that are required or desirable for these applications are discussed. Special attention is given to the losses observed in polycrystals at biasing fields much smaller or much larger than the field for resonance. The loss may be characterized by an effective linewidth ƊHeff, which is a function of frequency and dc magnetic fieldstrength. In low loss polycrystals ƊHeff is typically much smaller in the off-resonance regions than near resonance, but even in the best polycrystals it is considerably larger than in good single crystals. The near-resonance behavior of ƊHeff can be explained quite well in terms of inhomogeneity induced scattering of energy into spin waves, having wavenumbers comparable to the inverse grain size. The off-resonance behavior is less well understood. Inhomogeneity induced scattering into phonons is discussed as a possible loss mechanism. For fine-grain ferrites the observed dependence of ƊHeff upon grain size and that of the spinwave linewidth (inferred from the instability threshold) upon grain size and frequency is in rough agreement with .the behavior expected theoretically for this mechanism. The microwave properties of partially magnetized ferrites are discussed. A simple theoretical formula, applicable in the demagnetized state, is derived. It is shown to agree reasonably well with the observed behavior both at high frequencies (where the losses are low) and at intermediate frequencies (0.1-3 GHz) (where the losses are high).