НЕЛИНЕЙНАЯ ДИНАМИКА СПИНОВЫХ ВОЛН В ЛАТЕРАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ МИКРОВОЛНОВОДАХ


Образец для цитирования:

Одинцов С. А., Садовников А. В. НЕЛИНЕЙНАЯ ДИНАМИКА СПИНОВЫХ ВОЛН В ЛАТЕРАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ МИКРОВОЛНОВОДАХ // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика.2017 Т. 25, вып. 5. С. 56-68. DOI: 10.18500/0869-6632-2017-25-5-56-68


Развитие идей магноники – нового направления исследования спин-волновых процессов в регулярных и нерегулярных микро- и наноразмерных магнитных структурах – и совершенствование методов изготовления и структурирования магнитных материалов открывает новые перспективы для создания миниатюрных устройств генерации, передачи и обработки информационных сигналов в СВЧ и терагерцевом диапазонах длин волн. Большой интерес представляет исследование латеральных магнитных микроструктур, поддерживающих как линейный, так и нелинейный режим распространения спиновых волн. Следует отметить, что латеральное расположение магнитных волноводов приводит как к сложной нелинейной динамике спиновой волны, так и к многомодовой спинволновой связи в планарной топологии. Более того, исследование нелинейных режимов распространения связанных спиновых волн в латеральных магнитных микроволноводах имеет важное значение для нелинейной физики диссипативных систем в целом.

Исследование системы двух латеральных микроволноводов, лежащих на одной подложке и помещённых в магнитное поле, производилось численно методом конечных элементов и экспериментально методом мандельштам–бриллюэновской спектроскопии магнитных материалов с микронным разрешением.

Показано, что неоднородное распределение величины внутреннего магнитного поля изменяет пространственный профиль собственных типов мод электромагнитных волн, распространяющихся в системе латеральных магнитных микроволноводов. Результаты численного моделирования хорошо слгласуются с результатами экспериментального исследования. Эффекты нелинейного переключения мощности спин-волнового сигнала в системах латеральных магнитных микроволноводов позволяют создавать нелинейные ответвители и делители мощности спин-волнового сигнала в планарных топологиях магнонных сетей для селективной обработки информационных сигналов.

 

DOI: 
10.18500/0869-6632-2017-25-5-56-68
Литература

1. Никитов С.А., Калябин Д.В., Лисенков И.В., Славин А.Н., Барабаненков Ю.Н., Осокин С.А., Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Морозова М.А., Шараевский Ю.П., Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В., Высоцкий С.Л., Сахаров В.К., Павлов Е.С. Магноника – новое напрвление спинтроники и спин-волновой электроники // УФН. 2015. Т. 185. С.1099–1128.
2. Chumak A.V., Vasyuchka V.I., Serga A.A., Hillebrands B. Magnon spintronics // Nat. Phys. 2015. Vol. 11. P. 453.
3. Gurevich A.G., Melkov G.A. Magnetization Oscillations and Waves. London: CRC Press, 1996.
4. Stancil D.D., Prabhakar A. Spin Waves: Theory and Applications. Springer, 2009.
5. Розанов Н.Н. Диссипативные оптические солитоны // УФН. 2000. Т. 170, вып. 4. С. 462–465.
6. Zvezdin A.K., Popkov A.F. Contribution to the nonlinear theory of magnetostatic spin waves // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1983. Vol. 84. P. 606–615.
7. Zilberman P.E., Nikitov S.A., Temiryazev A.G. Four-magnon decay and the kinetic instability of a magnetostatic traveling wave in yttrium garnet ferrite films // JETP Lett. 1985. Vol. 42. Issue 3. P. 110.

8. Boardman A.D., Nikitov S.A., Waby N. Existence of spin-wave solitons in an antiferromagnetic film // Phys.Rev. B. 1993. Vol. 48. 13602.

9. Chen M., Tsankov M., Nash J., Patton C. Microwave magnetic-envelope dark solitons in yttrium iron garnet thin films // Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 70. 1707.
10. Damon R.W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // J. Phys. Chem. Solids. 1961. Vol. 19. P. 308.
11. O’Keeffe T.W., Patterson R.W. Magnetostatic surface-wave propagation in finite samples // J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49. Pp. 4886–4895.
12. Bajpai S.N. Excitation of magnetostatic surface waves: Effect of finite sample width // J. Appl. Phys. 1985. Vol. 58. P. 910.
13. Morozova M.A., Grishin S.V., Sadovnikov A.V., Romanenko D.V., Sharaevskii Yu.P., Nikitov S.A. Band gap control in a line-defect magnonic crystal waveguide // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 107. 242402.

14. Demidov V.E., Demokritov S.O. Magnonic waveguides studied by microfocus Brillouin light scattering // IEEE Trans. Magn. 2015. Vol. 51. 0800215.

15. Beginin E.N., Sadovnikov A.V., Sharaevskii Yu.P., Nikitov S.A. Multimode surface magnetostatic wave propagation in irregular planar YIG waveguide // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 215. Pp. 389–393.
16. Beginin E., Sadovnikov A., Sharaevsky Y., Nikitov S. Spatiotemporal dynamics of magnetostatic and spin waves in a transversely confined ferrite waveguide // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2013. Vol. 77. Pp. 1429–1431.

17. Morozova M.A., Grishin S.V., Sadovnikov A.V., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Magnonic bandgap control in coupled magnonic crystals // IEEE Trans. Magn. 2014. Vol. 50. 4007204.

18. Demidov V.E., Demokritov S.O., Rott K., Krzysteczko P., Reiss G. Mode interference and periodic self-focusing of spin waves in permalloy microstripes // Phys. Rev. B. 2008. Vol. 77. 064406.
19. Kumar D., Adeyeye A.O. Broadband and total autocollimation of spin waves using planar magnonic crystals // J. Appl. Phys. 2015. Vol. 117. 143901.
20. Suhl H. The theory of ferromagnetic resonance at high signal powers // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1957. Vol. 1. P. 209.
21. Slavin A.N., Buttner O., Bauer M., Demokritov S.O., Hillebrands B., Kostylev M.M., Kalinikos B.A., Grimalsky V.V., Rapoport Y. Collision properties of quasi-one-dimensional spin wave solitons and two-dimensional spin wave bullets // Chaos. 2003. Vol. 13.

22. Demidov V.E., Rekers P., Mahrov B., Demokritov S.O. Nonlinear transverse stabilization of spin-wave beams in magnetic stripes // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 89. 212501.
23. Demidov V. E., Hansen U.-F., Dzyapko O., Koulev N., Demokritov S.O., Slavin A.N. Formation of longitudinal patterns and dimensionality crossover of nonlinear spin waves in ferromagnetic stripes // Phys. Rev. B. 2006. Vol. 74. 092407.
24. Demidov V.E., Jersch J., Rott K., Krzysteczko P., Reiss G., Demokritov S.O. Nonlinear propagation of spin waves in microscopic magnetic stripes // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 102. 177207.
25. Demidov V.E., Evelt M., Bessonov V., Demokritov S.O., Prieto J.L., Munoz M., Ben Youssef J., Naletov V.V., de Loubens G., Klein O., Collet M., Bortolotti P., Cros V., Anane A. Direct observation of dynamic modes excited in a magnetic insulator by pure spin current // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. 32781.
26. Adam J.D., Davis L.E., Dionne G.F., Schloemann E.F., Stitzer S.N. Ferrite devices and materials // IEEE Trans. MTT. 2002. Vol. 50. Issue 3. P. 721.

27. Scott M.M., Patton C.E., Kostylev M.P., Kalinikos B.A. Nonlinear damping of high-power magnetostatic waves in yttrium–iron–garnet films // Journal of Applied Physics. 2004. Vol. 95. Pp. 6294–6301.

28. Hansen U.-H., Demidov V.E., Demokritov S.O. Dual-function phase shifter for spin-wave logic applications //Applied Physics Letters. 2009. Vol. 94. 252502.

29. Sadovnikov A.V., Beginin E.N., Morozova M.A., Sharaevskii Yu.P., Grishin S.V., Sheshukova S.E., Nikitov S.A. Nonlinear spin wave coupling in adjacent magnonic crystals // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 109. 042407.
30. Садовников А.В., Рожнев А.Г. Моделирование распространения магнитостатических волн в одномерных магнонных кристаллах // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2012. Т. 20, No 1. С. 143–159.
31. Karlqvist O. Calculation of the magnetic field in the ferromagnetic layer of a magnetic drum // Trans. Roy. Inst. Techno. 1954. Vol. 86, Issue 3.
32. Davies C.S., Sadovnikov A.V., Grishin S.V., Sharaevsky Y.P., Nikitov S.A., Kruglyak V.V. Field-controlled phase-rectified magnonic multiplexer // IEEE Trans. 2015. Vol. 51, Issue 1.

33. Sadovnikov A.V., Beginin E.N., Odincov S.A., Sheshukova S.E., Sharaevskii Yu.P., Stognij A.I., Nikitov S.A. Frequency selective tunable spin wave channeling in the magnonic network // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 108. 172411.
34. Lvov V.S. Wave Turbulence under Parametric Excitation. Berlin: Springer, 1994.
35. Ustinov A.B., Kalinikos B.A. A microwave nonlinear phase shifter // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 93. 102504.

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF): 

BibTeX

@article{Odintsov-IzvVUZ_AND-25-5-56,
author = {Сергей Александрович Одинцов and Александр Владимирович Садовников},
title = {НЕЛИНЕЙНАЯ ДИНАМИКА СПИНОВЫХ ВОЛН В ЛАТЕРАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ МИКРОВОЛНОВОДАХ},
year = {2017},
journal = {Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика},
volume = {25},number = {5},
url = {http://andjournal.sgu.ru/ru/articles/nelineynaya-dinamika-spinovyh-voln-v-lateralnyh-magnitnyh-mikrovolnovodah},
address = {Саратов},
language = {russian},
doi = {10.18500/0869-6632-2017-25-5-56-68},pages = {56--68},issn = {0869-6632},
keywords = {Латеральные волноводы,спиновая волна,устройства обработки сигналов,ответвитель},
abstract = {Развитие идей магноники – нового направления исследования спин-волновых процессов в регулярных и нерегулярных микро- и наноразмерных магнитных структурах – и совершенствование методов изготовления и структурирования магнитных материалов открывает новые перспективы для создания миниатюрных устройств генерации, передачи и обработки информационных сигналов в СВЧ и терагерцевом диапазонах длин волн. Большой интерес представляет исследование латеральных магнитных микроструктур, поддерживающих как линейный, так и нелинейный режим распространения спиновых волн. Следует отметить, что латеральное расположение магнитных волноводов приводит как к сложной нелинейной динамике спиновой волны, так и к многомодовой спинволновой связи в планарной топологии. Более того, исследование нелинейных режимов распространения связанных спиновых волн в латеральных магнитных микроволноводах имеет важное значение для нелинейной физики диссипативных систем в целом. Исследование системы двух латеральных микроволноводов, лежащих на одной подложке и помещённых в магнитное поле, производилось численно методом конечных элементов и экспериментально методом мандельштам–бриллюэновской спектроскопии магнитных материалов с микронным разрешением. Показано, что неоднородное распределение величины внутреннего магнитного поля изменяет пространственный профиль собственных типов мод электромагнитных волн, распространяющихся в системе латеральных магнитных микроволноводов. Результаты численного моделирования хорошо слгласуются с результатами экспериментального исследования. Эффекты нелинейного переключения мощности спин-волнового сигнала в системах латеральных магнитных микроволноводов позволяют создавать нелинейные ответвители и делители мощности спин-волнового сигнала в планарных топологиях магнонных сетей для селективной обработки информационных сигналов.   Скачать полную версию }}