石英晶体振子技术动向

石英晶体器件有很多种,诸如,晶体振子、晶体谐振器乃至晶体滤波器,其物理和化学性能都非常稳定,因此广泛应用于移动通信领域。最近,随着各种移动通信机器向小型、轻便、高精度和低功耗方向发展,对于石英晶体器件也提出许多新要求。 石英晶体器件厂家为适应市场新需求,不得不开发新技术,如像光刻技术和化学加工技术。利用这些现代精细加工技术,可将振子的振动部分和支撑部分构成一体,使石英晶体器件更轻、更薄、性能也更稳定。本文以DS-MGQ系列石英晶体振子器为中心,介绍NS(Newshape)-GT Cut晶体振子新技术特点。

二维Honeycomb-kagome结构磁振子晶体中的狄拉克点与平带

在蜂窝(Honeycomb)结构磁振子晶体模型的基础上,提出了Honeycomb-kagome结构的二维磁振子晶体模型,它是由铁(Fe)圆柱按照Honeycomb-kagome结构排列在氧化铕(EuO)基底材料内构成的一种二维周期结构磁性复合材料系统。利用课题组提出的改进平面波展开法,数值计算研究了该系统里的磁振子带结构。结果表明,只要满足散射体密排即各Fe圆柱边缘相切的条件,在布里渊区K点处就会产生磁振子狄拉克点,通过调节不同密排圆柱体的半径比可以实现间接调控狄拉克点频率位置的目的。此外,在相切圆柱半径比相差较大情况下,会有磁振子平带现象的出现,这是不同于晶体中杂质态的一种拓扑局域态,是自旋波在Honeycomb-kagome结构中高度干涉叠加而形成。本文对磁振子狄拉克点的产生、调控和拓扑平带的研究,不仅拓展了凝聚态拓扑物理的研究内容,同时可为人工磁振子晶体应用于自旋波拓扑器件制作材料领域提供理论依据和一个平台。

具有Kagome结构磁振子晶体中平带及带隙的研究

提出了一种具有Kagome结构的磁振子晶体模型,由铁(Fe)圆柱排列在氧化铕(EuO)基底中构成.利用平面波展开法,对磁振子晶体带结构做数值计算.研究发现,体积填充率一定时磁振子晶体有平带、狄拉克点和带隙出现,并且随着体积填充率的不断变化,平带的位置和数目以及带隙的位置和宽度均发生了变化.人工磁振子晶体中平带的发现完善了凝聚态物理学拓扑的研究内容,也可为局域性滤波器件的制作提供思路和理论基础.

二维磁振子晶体带结构的优化

采用平面波展开法,数值计算了二维磁振子晶体的带结构,其中磁振子晶体是由铁(Fe)圆柱和椭圆柱散射体分别按长方或正方排列在氧化铕(EuO)基底中形成的.研究了圆柱和椭圆柱分别在正方或长方排列下对带隙结构的影响,数值结果表明,在长方排列下利用椭圆柱散射体能够优化带隙,而在正方排列下圆柱散射体的磁振子晶体带隙结构更为优化,可见散射体的形状和排列方式是影响带隙结构优化的重要因素.

一维磁振子晶体带隙结构的研究

近年来,对磁振子晶体的研究已成为热点,与光子晶体等复合材料的性质类似,磁振子晶体也有带隙现象出现,频率在带隙范围内的自旋波在磁振子晶体内将被禁止传播。由此磁振子晶体有望能够被应用于广泛的仪器制造中。本文采用平面波展开法数值计算了分别由铁与钴、铁与氧化铀、钴与氧化铀材料构成的一维无限大各向同性的磁振子晶体的带结构,讨论了不同的填充率对磁振子晶体带隙结构的影响。计算结果表明,交换作用场对自旋波带宽的影响很明显。

二维椭圆柱散射体磁振子晶体带结构的计算

采用平面波展开法,数值计算了由Fe椭圆柱正方排列在EuO基底材料中构成二维椭圆柱散射体磁振子晶体的带结构.数值计算结果表明,通过旋转椭圆柱可以有效地拓宽自旋波带隙,实现自旋波带隙的优化.

磁振子晶体带结构的优化研究

该文用平面波展开法计算了钴椭圆柱散射体正方排列在氧化铕基底中的二维磁振子晶体带结构.结果显示,同样的填充率下,旋转椭圆柱散射体可以打开更多的带隙,说明旋转椭圆柱散射体对磁振子晶体带隙有很好的优化作用.

二维复式晶格磁振子晶体的带隙结构

提出了一种复式晶格磁振子晶体的模型,该模型由两种铁磁材料散射体周期排列在另一种铁磁材料基底中构成.应用超原胞的思想拓展了平面波展开法,用于数值计算研究自旋波在复式晶格磁振子晶体中的本征性质本文数值计算了由两种大小不同的铁(Fe)-铁(Fe)圆柱体交替正方排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的二维复式晶格磁振子晶体的带结构,研究了带隙宽度随体积填充率的变化行为,并与同一铁(Fe)圆柱正方排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的简单晶格磁振子晶体的带隙结构随体积填充率的变化行为进行了比较.结果表明,利用复式晶格可以优化或调节自旋波带隙的宽度和频率位置.

体积填充率对二维磁振子晶体带隙结构的影响

采用平面波展开法,数值计算了铁圆柱正方排列在氧化铕基底材料中组成的二维磁振子晶体带结构,讨论了体积填充率f对带隙结构的影响,第1带隙在f=0.6处最大,最大宽度ΔΩ=2.366,第2带隙在f=0.7处最大,最大宽度ΔΩ=7.153.所得结果与已有文献中的结果存在一定的差异,收敛性检验表明,这主要是由于该文献的数值计算结果收敛程度不够好所造成的.

二维嵌套复式晶格磁振子晶体带结构的计算

基于基元替代法的思想,提出一种复式晶格结构的磁振子晶体模型,该模型用小尺寸的铁圆柱阵列替代简单正方晶格中的每个单圆柱基元,构成二维嵌套复式正方周期结构的磁振子晶体,并导出这种磁振子晶体的结构因子表达式.以氧化铕基底材料为例,通过数值计算自旋波在晶体中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为.结果表明,嵌套复式晶格磁振子晶体在体积填充率不变的情况下,产生的低频带隙比简单晶格磁振子晶体的带隙要宽,从而达到优化和调节带隙结构的目的.

二维三组元局域共振磁振子晶体带隙结构的优化

采用平面波展开法,数值计算了二维三组元磁振子晶体的带结构、磁化强度场分布以及自旋波的态密度.研究表明,磁振子晶体带隙的产生机制为局域共振机制,而非布拉格散射机制,通过调节单散射体的共振结构,不仅能够使自旋波在低频范围内产生完全带隙,而且可实现自旋波带隙的优化.

填充率对类石墨烯结构磁振子晶体狄拉克点的影响

提出了类石墨烯结构的磁振子晶体模型,它是由铁(Fe)圆柱按照石墨烯结构(蜂窝状结构)排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的一种二维周期结构磁性复合材料系统。接着利用本课题组提出的改进平面波展开法,数值计算研究了磁振子带结构。结果表明,在一定的体积填充率下会有自旋波带隙的出现,同时由于类石墨烯结构的对称性,在布里渊区K点处出现了磁振子狄拉克点。磁振子是不同于光子和声子的又一种玻色子,人工磁振子晶体中狄拉克点的发现不仅丰富了凝聚态拓扑物理学的研究内容,同时有望为微波领域内的自旋波拓扑器件的制作提供思路和理论基础。

二维二组元磁振子晶体薄板带结构的计算

采用平面波展开法,数值计算了由钴(Co)方柱正方排列于坡莫合金(Py)中构成的二维二组元磁振子晶体薄板的自旋波能带结构,其中外加磁场方向平行于薄板平面.计算结果表明,自旋波的传播强烈依赖于外加磁场的方向,可分为向后体静磁体波和类Damon-Eshbach波2种情况.在所考虑的磁振子晶体薄板结构中没有完全带隙产生,但沿外磁场方向传播的向后体波有部分带隙打开.

阻尼效应对二维磁振子晶体带隙结构的影响

基于自旋密度序参量发展了含阻尼效应的磁振子晶体带结构计算的平面波展开法,采用该方法数值计算了铁/镍构成的二维磁振子晶体带结构,讨论了阻尼效应对磁振子晶体带隙结构的影响问题.计算结果表明,考虑阻尼效应后,自旋波在磁振子晶体中的色散关系将出现复带结构,自旋波沿不同方向传播表现出明显的各向异性.

一维线性函数磁振子晶体

利用平面波展开法计算了一维线性函数磁振子晶体和常规磁振子晶体自旋波的带结构.计算结果表明,函数磁振子晶体与常规磁振子晶体的带结构有明显区别,且一维线性函数磁振子晶体带隙的数目和宽度均随磁参数的变化而发生改变.因此,可以通过改变参数对一维函数磁振子晶体的带结构进行调节.

二维弯曲型线缺陷磁振子晶体的缺陷态性质

在磁振子晶体中首次引入弯曲型的线缺陷结构,利用超原胞近似下的平面波展开法,数值计算了由铁(Fe)圆柱正方排列于氧化铕(EuO)基底材料中构成的二维弯曲型线缺陷磁振子晶体的带结构和缺陷模的磁化强度场分布,研究了磁振子晶体中弯曲线缺陷结构的缺陷态性质.

旋转方柱散射体对二维磁振子晶体薄板带结构的影响

利用平面波展开法,对铁(Fe)方柱正方排列在镍(Ni)基底中构成的薄板状二维磁振子晶体的带结构进行了数值计算,研究了旋转方柱散射体对薄板状二维磁振子晶体带隙结构的影响.结果显示,旋转方柱散射体可以有效地打开自旋波带隙并得到高频带隙,同时还能改变带隙中心频率的位置,从而实现对薄板状磁振子晶体带隙结构的调控作用.

二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体的带隙结构

首先构造了二维嵌套复式三角晶格的磁振子晶体模型,其散射体由2个相切的大小相同的铁磁材料圆柱体构成,它们按照一定晶格常数三角排列在另一种铁磁材料基底中;其次,发展了可用于数值计算研究自旋波在嵌套复式三角晶格磁振子晶体中本征性质的平面波展开法.以2个相切的铁圆柱代替原来简单三角晶格中的1个铁圆柱,再以三角点阵排列在氧化铕基底材料中构成的二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体为研究对象,通过数值计算自旋波在其中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为,并与简单三角晶格的带隙结构进行比较.结果表明,嵌套复式三角晶格的磁振子晶体可以在更低的体积填充率下产生带隙,并且能够在更高频的情况下产生较宽的带隙,从而达到带隙优化的目的,为实现自旋波的可控操作提供了一种方案.

二维非对称复式磁振子晶体带隙结构

提出一种非对称结构复式磁振子晶体模型,采用两种尺寸不同的柱状铁圆柱排列在氧化铕基底中.通过对第二个铁圆柱体(B)位于基底位置的调节,打破其在以往研究中对称排列结构,使其非对称填充在基底材料中.因这种不对称构型在第一布里渊区不可约,有必要在全部第一布里渊区内对带隙结构进行计算,研究非对称结构对磁振子晶体带隙结构的影响.同时,与未填充这个铁圆柱(B)时单圆柱方晶格的带隙结构进行比较.结果表明,在非对称度越高的位置填充铁圆柱体(B)将会有越多的带隙被打开,进而达到带隙优化的目的.

一维磁振子晶体带隙结构与磁晶各向异性的研究

从铁磁材料中自旋波传播满足的局域动力学方程,即Landau-Lifshitz方程出发,在仅考虑短波微扰的情况下,采用平面波展开法推导出了用于数值计算带结构的本征方程,数值计算了一维磁振子晶体带结构,并考虑了磁晶各向异性效应、体积填充率对磁振子晶体带结构的影响。结果表明:磁晶各向异性效应对带隙的产生具有不可忽略的作用,考虑磁晶各向异性效应后,可将未考虑该效应情况下的各个填充率下的第一个带隙宽度约降低其一半,对第二、第三带隙宽度也有明显的降低效果。