Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Кожевников А. В., Хивинцев Ю. В., Сахаров В. К., Дудко Г. М., Высоцкий С. Л., Никулин Ю. В., Павлов Е. С., Филимонов Ю. А., Хитун А. Г. Влияние параметрических процессов на распространение спиновых волн в крестовидных структурах на основе волноводов из пленок железо-иттриевого граната // Известия вузов. ПНД. 2019. Т. 27, вып. 3. С. 9-32. DOI: 10.18500/0869-6632-2019-27-3-9-32

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF pnd_3_2019-11-34.pdf
(загрузок: 200)
Полный текст в формате PDF(En):
Иконка PDF kogevnikov2019-3_engl.pdf
(загрузок: 52)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нелинейные волны. Солитоны
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.622.2; 537.862
DOI: 
10.18500/0869-6632-2019-27-3-9-32

Влияние параметрических процессов на распространение спиновых волн в крестовидных структурах на основе волноводов из пленок железо-иттриевого граната

Авторы: 
Кожевников Александр Владимирович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Хивинцев Юрий Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Сахаров Валентин Константинович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Дудко Галина Михайловна, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Высоцкий Сергей Львович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Никулин Юрий Васильевич, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Павлов Евгений Сергеевич, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Филимонов Юрий Александрович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Хитун Александр Георгиевич, Университет Калифорнии
Аннотация: 

Тема. Экспериментально исследовано распространение спиновых волн в касательно намагниченной крестовидной структуре в виде двух ортогональных волноводов на основе пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ) в условиях развития параметрических процессов первого порядка. Цель. Изучить влияние параметрических процессов на спектр сигнала спиновых волн (СВ) касательно намагниченной крестовидной структуры в полосе фильтрации, определяемой как частотный интервал ∆f∥,⊥ перекрытия спектров СВ продольно и поперечно намагниченных волноводов. Методы. Эксперименты выполнены с крестом на основе пленки ЖИГ толщиной d ≈ 3.8 μm в виде двух ортогональных волноводов шириной w ≈ 500 μm и длиной L ≈ 3 mm с расположенными на концах волноводов проволочными антеннами СВ. Одна из антенн являлась входной и использовалась для возбуждения СВ в структуре, а три другие использовались для анализа спектра выходных сигналов, попадающих в полосу фильтрации ∆f∥,⊥. Результаты. Показано, что в условиях развития параметрической неустойчивости СВ спектры на выходных антеннах крестовидной структуры могут заметно различаться. Обсуждение. Этот эффект связывается с механизмом формирования вторичных СВ-сателлитов в спектре выходного сигнала и влиянием эффектов латерального квантования спектра СВ в кресте.

Ключевые слова: 
параметрические спиновые волны
интерференция спиновых волн
микроволновод
спинтроника
магноника
микромагнитное моделирование
Список источников: 
  1. Bernstein K., Cavin R.K., Porod W., Seabaugh A., Welser J. Device and architecture outlook for beyond CMOS switches// Proc. IEEE. 2010. Vol. 98, No 12. Pp. 2169–2184 .
  2. Nikonov D.E., Young I.A. Overview of beyond-CMOS devices and a uniform methodology for their benchmarking// Proc. IEEE. 2013. Vol. 101, No 12. Pp. 2498–2533.
  3. Roy K., Bandyopadhyay S., Atulasimha J. Hybrid spintronics and straintronics: A magnetic technology for ultra low energy computing and signal processing// Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 99. 063108.
  4. Chumak A.V., Vasyuchka V.K., Serga A.A., Hillebrands B. Magnon spintronics// Nature Physics. 2015. Vol. 11. p. 453–461. DOI:10.138.NPHYS3347.
  5. 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 направление спинтроники и спин-волновой электроники // УФН. 2015. T. 185, No 10. C. 1099–1128. DOI:https:10.3367/UFNr.0185.201510m.1099
  6. Khitun A., Wang K. Non-volatile magnonic logic engineering// Journ. Appl. Phys. 2011. Vol. 110. 0343061.
  7. Khitun A. Magnonic holographic devices for special type data processing// Journ. Appl. Phys. 2013. Vol. 113. 164503.
  8. Nanayakkara K., Jacob A.P., Kozhanov A. Spin wave scattering and interference in ferromagnetic cross// Journ. of Appl. Phys. 2015. Vol. 118. 163904. DOI:10.1063/1.4934519
  9. Khitun A.G., Kozhanov A.E. Magnonic logic devices// Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2017. Vol. 17, No 4. Pp. 216–241.
  10. Nanayakkara K., Anferov A., Jacob A. P., Allen S. J., Kozhanov A. Cross junction spin wave logic architecture // IEEE Trans. on Magn. 2014. Vol. 50, No 11. 3402204.
  11. Balynsky M., Kozhevnikov A., Khivintsev Y., Bhowmick T., Gutierrez D., Chiang H., Dudko G., Filimonov Y., Liu G., Jiang C., Balandin A. A., Lake R., Khitun A. Magnonic interferometric switch for multi-valued logic circuits// Journ. of Appl. Phys. 2017. Vol. 121. 024504.
  12. Kozhevnikov A., Gertz F., Dudko G., Filimonov Y., Khitun A. Pattern recognition with magnonic holographic memory device // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 106, No 14. 142409.
  13. Au Y., Davison T., Ahmad E., Keatley P.S., Hicken R.J., Kruglyak V.V. Excitation of propagating spin waves with global uniform microwave fields // Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 98. 122506.
  14. Bracher T., Pirro P., Westermann J., Sebastian T., Lagel B., Van de Wiele B., Vansteenkiste A., and Hillebrands B. Generation of propagating backward volume spin waves by phase-sensitive mode conversion in two-dimensional microstructures // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 102. 132411.
  15. Davies C.S., Francis A., Sadovnikov A.V., Chertopalov S.V., Bryan M.T., Grishin S.V., Allwood D.A., Sharaevskii Yu.P., Nikitov S.A., Kruglyak V.V. Towards graded-index magnonics: Steering spin waves in magnonic networks // Physical Review B. 2015. Vol. 92, No 2. 020408.
  16. Sadovnikov A.V., Davies C.S., Grishin S.V., Kruglyak V.V., Romanenko D.V., Sharaevskii Yu.P., Nikitov S.A. Magnonic beam splitter: The building block of parallel magnonic circuitry // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 106, No 19. 192406.
  17. Demidov V., Demokritov S.O., Birt D., O’Gorman B., Tsoi M., Li X. Radiation of spin waves from the open end of a microscopic magnetic-film waveguide // Phys. Rev. B. 2009. Vol. 80. 014429.
  18. Дудко Г.М., Кожевников А.В., Хивинцев Ю.В., Филимонов Ю.А., Khitun A.G., Никитов С.А. Микромагнитное моделирование распространения спиновых волн в касательно намагниченных крестах на основе ферритовых микроволноводов различной ширины //Радиотехника и электроника. 2018. Т. 63. С. 1105. DOI:10.1134/S0033849418100091.
  19. Gertz F., Kozhevnikov A.V., Filimonov Y.A., Nikonov D., Khitun A. Magnonic holographic memory: From proposal to device // IEEE Journ. on Exploratory Solid-State Computational Devices and Circuits. 2015. Vol.1. Pp. 67–75.
  20. Balynskiy M., Chiang H., Gutierrez D., Kozhevnikov A., Filimonov Y., Khitun A. Reversible magnetic logic gates based on spin wave interference // Journ. of Appl. Phys. 2018. Vol. 123. 144501. DOI: 10.1063/1.5011772.
  21. Khivintsev Y., Ranjbar M., Gutierrez D., Chiang H., Kozhevnikov A., Filimonov Y., Khitun A. Prime factorization using magnonic holographic devices // Jour. Appl. Phys. 2016. Vol. 120. 123901. DOI: 10.1063/1.4962740.
  22. Balynsky M., Gutierrez D., Chiang H., Kozhevnikov A., Dudko G., Filimonov Y., Balandin A.A., Khitun A. A magnetometer based on a spin wave interferometer // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. 11539.
  23. Gutierrez D., Chiang H., Bhowmick T., Volodchenkov A.D., Ranjbar M., Liu G., Jiang C., Warren C., Khivintsev Y., Filimonov Y., Garay J., Lake R., Balandin A.A., Khitun A. Magnonic holographic imaging of magnetic microstructures// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017. Vol. 428. Pp. 348–356. DOI:10.1016/j.jmmm.2016.12.022.
  24. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. Москва: Физматлит, 1994. 464 с.
  25. Вашковский А.В., Стальмахов В.С., Шараевский Ю.П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Изд-во Сар. ун-та, 1993, 311 c.
  26. Львов В.С. Нелинейные спиновые волны. М.: Наука, 1987. 270 с.
  27. Медников А.М. Нелинейные эффекты при распространении поверхностных спиновых волн в пленках ЖИГ // ФТТ. 1981. Т. 23, вып. 1. С. 242–245.
  28. Темирязев А.Г. Механизм преобразования поверхностной магнитостатической волны в условиях трехмагнонного распада // ФТТ. 1987. Т. 29, вып. 2. С. 313–319.
  29. Мелков Г.А., Шолом С.В. Параметрическое возбуждение спиновых волн поверхностной магнитостатической волной // ЖЭТФ. 1989. Т. 96, вып. 2(8). С. 712–719.
  30. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Четырехмагнонный распад поверхностных магнитостатических волн в пленках железо-иттриевого граната // Физика твердого тела. 1997. Т. 39, No 2. С. 330–338.
  31. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Влияние параметрически возбужденных спиновых волн на дисперсию и затухание поверхностных магнитостатических волн в ферритовых пленках // ЖЭТФ. 1999. Т. 115, No 1. С. 318.
  32. O’Keeffe T.W., Patterson R.W. Magnetostatic surface-wave propagation in finite samples // J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49. Pp. 4886–4895.
  33. Садовников А.В., Одинцов С.А., Бегинин Е.Н., Грачев А.А., Губанов В.А., Шешукова С.Е., Шараевский Ю.П., Никитов С.А. Нелинейные спин-волновые эффекты в системе латеральных магнонных структур// Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 107, вып. 1. C. 29–34. DOI:10.1134/S0021364018010113.
  34. Sadovnikov A.V., Odintsov S.A., Beginin E.N., Sheshukova S.E., Sharaevskii Yu.P., Nikitov S.A. Toward nonlinear magnonics: Intensity-dependent spin-wave switching in insulating side-coupled magnetic stripes// Phys. Rev. B. 2017. Vol. 96. 144428.
  35. Sadovnikov A.V., Davies C.S., Kruglyak V.V., Romanenko D.V., Grishin S.V., Beginin E.N., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Spin wave propagation in a uniformly biased curved magnonic waveguide // Phys. Rev. B. 2017. Vol. 96. 060401(R).
  36. Ползикова Н.И., Раевский А.О., Темирязев А.Г. Влияние обменного взаимодействия на границу трехмагнонного распада волны Дэймона–Эшбаха в тонких пленках ЖИГ // ФТТ. 1984. Т. 26, вып. 11. С. 3506–3508.
  37. magpar – Parallel Finite Element Micromagnetics Package Version 0.9 Build 3061M (2002) www.magpar.net/static/magpar/doc/html/index.html
  38. Stancil D.D., Prabhakar A. Spin Waves: Theory and Applications. Springer Science+Business Media, LLC 2009. No 2008936559. DOI:10.1007/978-0-387-77865-5
  39. Гречушкин К.В., Стальмахов А.В., Тюлюкин В.А. Пространственная структура пучков волн-сателлитов нелинейной поверхностной магнитостатической волны // Радиотехника и электроника. 1991. Т. 36. С. 2078–2084.
  40. Дудко Г.М., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Кожевников А.В., Высоцкий С.Л., Селезнев М.Е., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г. Микромагнитное моделирование нелинейного взаимодействия латеральных магнитостатических мод в крестовидных структурах на основе волноводов из пленок железо-иттриевого граната // Изв.вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2019. T. 27, No 2. С. 39–60. DOI:https://doi.org/10.18500/0869-6632-2019-27-2-39-60
Поступила в редакцию: 
14.12.2018
Принята к публикации: 
22.03.2019
Опубликована: 
20.06.2019
Краткое содержание:
Иконка PDF a2019no3r9-32.pdf
(загрузок: 189)
  • 2965 просмотров