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


Cite this article as:

Ustinov A. B., Drozdovskij A. V., Kalinikos B. A. Envelope solitons and modulation instability of spin waves in magnonic crystals. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2012, vol. 20, iss. 5, pp. 97-111. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2012-20-5-97-111

Language: 
Russian

Envelope solitons and modulation instability of spin waves in magnonic crystals

Autors: 
Ustinov Aleksej Borisovich, Sankt-Peterburg Electrotechnical University "LETI"
Drozdovskij Andrej Viktorovich, Sankt-Peterburg Electrotechnical University "LETI"
Kalinikos Boris Antonovich, Sankt-Peterburg Electrotechnical University "LETI"
Abstract: 

The paper describes results of experimental investigations on a formation of bright and dark envelope solitons with pulsed, monochromatic and two­frequency excitation of microwave spin waves in a magnetic film periodic structure – a magnonic crystal. The envelope solitons were excited at particular frequencies in the vicinity of magnonic bandgaps formed due to the Bragg resonance.

DOI: 
10.18500/0869-6632-2012-20-5-97-111
References: 

1. Remoissenet M. Waves Called Solitons: Concepts and experiments. Springer-Verlag, Berlin, 1996, 420 p. 2. Кившарь Ю.С., Агравал Г.П. Оптические солитоны. От волоконных световодов к фотонным кристаллам / Пер. с англ. под ред. Н.Н. Розанова. М.: Физматлит, 2005. 648 с. 3. Калиникос Б.А., Ковшиков Н.Г., Славин А.Н. Солитоны огибающей и модуляционная неустойчивость дипольно-обменных волн намагниченности в пленках железоиттриевого граната // ЖЭТФ. 1988. Т. 94, С. 159. 4. Chen M., Tsankov M.A., Nash J.M. et al. Backward-volume-wave microwaveenvelope solitons in yttrium iron garnet films // Phys. Rev. B. 1994. Vol. 49. P. 12773. 5. Serga A.A., Andre A., Demokritov S.O. et al. Black soliton formation from phase-adjusted spin wave packets // J. Appl. Phys. 2004. Vol. 95. P. 6607. 6. Marcelli R., Nikitov S.A., Filimonov Yu.A. et al. Magnetostatic surface wave bright soliton propagation in ferrite-dielectric-metal structures // IEEE Trans. on Magn. 2006. Vol. 42. P. 1785. 7. Фетисов Ю.К., Паттон К. Е., Сыногач В.Т. Солитоны огибающей в среде с сильным нелинейным затуханием // Письма в ЖЭТФ. 2006. Т. 83. С. 579. 8. Калиникос Б.А., Ковшиков Н.Г., Славин А.Н. Солитоны спиновых волн в ферромагнитных пленках – наблюдение модуляционной неустойчивости спиновых волн // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10. С. 936. 9. Wu M., Kalinikos B.A., and Patton C.E. Generation of dark and bright spin wave envelope soliton trains through self-modulational instability in magnetic films // Phys. Rev. Lett. 2004. Vol. 93.P.157207. 10. Шутый А.М., Семенцов Д.И. Модуляционная неустойчивость магнитостатических волн в двухслойной магнитосвязной структуре // ФТТ. 2005. Т. 47. С. 2176. 11. Tsai C.S., Young D., Nikitov S.A. Microwave and magneto-optic measurements of nonlinear dispersive magnetostatic waves in a yttrium-iron-garnet-gadolinium-gallium-garnet waveguide // J. Appl. Phys. 1998. Vol. 84. P. 1670. 12. Wu M., Kalinikos B.A., Carr L.D., Patton C.E. Observation of spin-wave soliton fractals in magnetic film active feedback rings // Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 96. P. 187202. 13. Демидов В.Е. Индуцированная модуляционная неустойчивость спиновых волн в ферромагнитных пленках // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 68. С. 828. 14. Boyle J.W., Nikitov S.A., Boardman A.D. et al. Observation of cross-phase induced modulation instability of travelling magnetostatic waves in ferromagnetic films // J. Magn. Magn. Mater. 1997. Vol. 173. P. 241. 15. Короткевич А.О., Никитов С.А. Фазовая кросс-модуляция поверхностных магнитостатических спиновых волн // ЖЭТФ. 1999. Т. 89. С. 1114. 16. Беннер Х., Калиникос Б.А., Ковшиков Н.Г., Костылев М.П. Наблюдение темных солитонов огибающей спиновых волн в ферромагнитных пленках // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72. С. 306. 17. Wu M., Kalinikos B.A. Coupled modulational instability of copropagating spin waves in magnetic thin films // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 101. P. 027206. 18. Wu. M., Patton C.E. Experimental observation of Fermi–Pasta–Ulam recurrence in a nonlinear feedback ring system // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 98. P. 047202. 19. Wu M., Kalinikos B.A., Patton C.E. Self-generation of chaotic solitary spinwave pulses in magnetic film active feedback rings // Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 95. P. 237202. 20. Бегинин Е.Н., Гришин С.В., Шараевский Ю.П. Генерация стационарной последовательности хаотических солитоноподобных СВЧ-импульсов в кольцевых автоколебательных системах с ферромагнитными пленками // Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88. P. 743. 21. Кондрашов А.В., Устинов А.Б., Калиникос Б.А., Benner H. Автогенерация хаотического СВЧ-сигнала в активных кольцах на основе ферромагнитных пленок // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. С. 81. 22. Wu M., Hagerstrom A.M., Eykholt R. et. al. Excitation of chaotic spinwaves through modulational instability // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 102. P. 237203. 23. Sykes C.G., Adam J.D., Collins J.H. Magnetostatic wave propagation in a periodic structure // Appl. Phys. Lett. 1976. Vol. 29. P. 388. 24. Carter R.L., Owens J.M., Smith C.V. Ion-implanted magnetostatic wave reflective array filters // J. Appl. Phys. 1982. Vol. 53. P. 2655. 25. Seshadri S.R. A transmission line model for magnetic waves on a thin film // J. Appl. Phys. 1986. Vol. 60. P. 1758. 26. Вороненко А.В., Герус С.В., Харитонов В.Д. Дифракция поверхностных магнитостатических волн на магнитных решетках в режиме Брэгга // Изв. вузов. Физика. 1988. Т. 31, No 11. С. 76. 27. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Животовский Л.В. и др. Ферромагнитные пленки с периодическими структурами с магнонной запрещенной зоной – магнонные кристаллы // Письма в ЖЭТФ. 2003. Т. 77. С. 670. 28. Serga A.A., Chumak A.V., Hillerbrands B. YIG magnonics // J. Phys. D. Appl. Phys. 2010. Vol. 43. P. 264002. 29. Chen N., Slavin A.N., Cottam M.G. Spin-wave envelope solitons in periodically modulated magnetic films // IEEE Trans. Magn. 1992. Vol. 28. P. 3306. 30. Chen N., Slavin A.N., Cottam M.G. Gap solitons in periodic structures: Modulated magnetic thin films // Phys. Rev. B. 1993. Vol. 47. P. 8667. 31. Uehara M., Yashiro K., Ohkawa S. Magnetostatic surface wave envelope solitons in a periodic structure // Jpn. J. Appl. Phys. 1999. Vol. 38. P. 61. 32. Морозова М.А., Шараевский Ю.П., Шешукова С.Е. Механизмы формирования солитонов огибающей в периодических ферромагнитных структурах // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2010. Т. 18. С. 113. 33. Бегинин Е.Н., Гришин С.В., Никитов С.А., Шараевский Ю.П., Шешукова С.Е. Генерация хаотических автосолитонов в активном кольцевом резонаторе с одномерной периодической ферромагнитной микроструктурой // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37. С. 50. 34. Устинов А.Б., Григорьева Н.Ю., Калиникос Б.А. Наблюдение солитонов огибающей спиновых волн в периодических магнитных пленочных структурах // Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88, вып. 1. С. 34. 35. Дроздовский А.В., Черкасский М.А., Устинов А.Б., Ковшиков Н.Г., Калиникос Б.А. Образование солитонов огибающей при распространении спин-волновых пакетов в тонкопленочных магнонных кристаллах // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 91, вып. 1. С. 17. 36. Ustinov A.B., Kalinikos B.A., Demidov V.E., and Demokritov S.O. Formation of gap solitons in ferromagnetic films with a periodic metal grating // Phys. Rev. B. 2010. Vol. 81. 180406(R). 37. Дроздовский А.В., Калиникос Б.А. Наблюдение собственной модуляционной неустойчивости спиновых волн в одномерном магнонном кристалле // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 95, вып. 7. С. 397. 38. Ustinov A.B., Drozdovskii A.V., Kalinikos B.A. Multifunctional nonlinear magnonic devices for microwave signal processing // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 96. P. 142513.

Short text (in English):