Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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

Для цитирования:

Архипова О. Ю., Матвеев А. А., Сафин А. Р., Никитов С. А. Фазовый компаратор спиновых волн на основе антиферромагнитной пленки со слабым ферромагнетизмом // Известия вузов. ПНД. 2026. Т. 34, вып. 5. С. 698-709. DOI: 10.18500/0869-6632-003228, EDN: HUZDBL

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2026-5_arkhipova_et-al_698-709.pdf
(загрузок: 31)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Новое в прикладной физике
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
53.043
DOI: 
10.18500/0869-6632-003228
EDN: 
HUZDBL

Фазовый компаратор спиновых волн на основе антиферромагнитной пленки со слабым ферромагнетизмом

Авторы: 
Архипова Ольга Юрьевна, Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН
Матвеев Артем Андреевич, Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН
Сафин Ансар Ризаевич, Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН
Никитов Сергей Аполлонович, Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН
Аннотация: 

Цель настоящей работы — получить выражение для дискриминационной характеристики фазового компаратора спиновых волн, представляющей собой зависимость амплитуды выходного напряжения от разности фаз возбуждающих микроволновых колебаний. Данный компаратор выполнен на основе антиферромагнитной пленки и трех микрополосковых антенн, в две из которых подаются микроволновые сигналы, фазы которых требуется сравнить, а с третьей снимается выходное напряжение. Кроме того, в данной работе исследуется поведение дискриминационной характеристики для различных положений приемной антенны.

Методы. Для описания антиферромагнитного волновода была составлена эквивалентная электрическая схема на сосредоточенных элементах. Радиотехническая модель рассматривалась в виде активного и реактивного сопротивлений антенн возбуждения и приема спиновых волн, а также активных и реактивных сопротивлений, характеризующих распространение спиновых волн в антиферромагнитной пленке. Из уравнений Ландау-Лифшица-Гильберта получены компоненты тензора магнитной восприимчивости антиферромагнетика, что позволило описать связь электрической и магнитной систем. Теоретические результаты подтверждались при помощи микромагнитного моделирования.

Результаты. Описан принцип работы фазового компаратора спиновых волн, выполненного на основе антиферромагнитной плёнки. С помощью эквивалентной электрической схемы получена основная характеристика компаратора — зависимость
амплитуды выходного напряжения на приемной антенне от разности фаз возбуждающих микроволновых сигналов. Также, построена зависимость амплитуды выходного напряжения от положения приемной антенны. Проведено микромагнитное моделирование для проверки теоретически полученных результатов.

Заключение. В работе получено выражение для дискриминационной характеристики компаратора на основе антиферромагнитной пленки при произвольном расположении приемной антенны. Показано, что дискриминационная характеристика зависит от пространственного расположения приемной антенны. Наибольшая эффективность работы компаратора достигается в том случае, если детектор расположен по середине между возбуждающими антеннами.

Ключевые слова: 
антиферромагнитная пленка
спиновые волны
фазовый компаратор
дискриминационная характеристика
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение № 075-15-2024-538).
Список источников: 
  1. Никитов С.А., Сафин А.Р., Калябин Д.В., Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Логунов М.В., Морозова М.А., Одинцов С.А., Осокин С.А., Шараевская А.Ю., Шараевский Ю.П., Кирилюк А.И. Диэлектрическая магноника – от гигагерцев к терагерцам // УФН. 2020. Т. 190, № 10. С. 1009–1040. DOI: 10.3367/UFNr.2019.07.038609.
  2. Shao Q., Li P., Liu L., Yang H., Fukami S., Razavi A., Wu H., Wang K., Freimuth F., Mokrousov Y., Stiles M.D., Emori S., Hoffmann A., AAkerman J., Roy K., Wang J.-P., Yang S.-H., Garello K., Zhang W. Roadmap of Spin–Orbit Torques // IEEE Trans. Magn. 2021. Vol. 57. no. 7. P. 800439. DOI: 10.1109/TMAG.2021.3078583.
  3. Фетисов Ю.К., Сигов Ф.С. Спинтроника: физические основы и устройства // РЭНСИТ. 2018. Т. 10, № 3. С. 343–356. DOI: 10.17725/rensit.2018.10.343.
  4. Gattringer M., Abert C., Wang Q., Chumak A.V., Suess D. Offset-free magnetic field sensor based on a standing spin wave // Phys. Rev. Appl. 2023. Vol. 20, no. 4. P. 044083. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044083.
  5. Vysotskii S., Kozhevnikov A., Balinskiy M., Khitun A., Filimonov Y. Giant sensitivity to magnetic field variation in the spin wave interferometer based on the system of exchange-coupled films of yttrium iron garnet // J. Appl. Phys. 2022. Vol. 132, no. 8. P. 084504. DOI: 10.1063/5.0102336.
  6. Rumyantsev S., Balinskiy M., Kargar F., Khitun A., Balandin A.A. The discrete noise of magnons // Appl. Phys. Lett. 2019. Vol. 114, no. 9. P. 090601. DOI: 10.1063/1.5088651.
  7. Самойленко Д., Габриелян Д.А., Сафин А.Р., Никитов С.А. Магнон-фотонная гибридизация мод в структуре электромагнитный резонатор/ферромагнитная пленка // Письма в ЖЭТФ. 2025. Т. 122, № 9–10. С. 572–579. DOI: 10.7868/S3034576625110082.
  8. Dols M., Sharma S., Bechara L., Blanter Y.M., Kounalakis M., Kusminskiy S.V. Magnon-mediated quantum gates for superconducting qubits // Phys. Rev. B. 2024. Vol. 110, no. 10. P. 104416. DOI: 10.1103/PhysRevB.110.104416.
  9. Fukami M., Candido D.R., Awschalom D.D., Flatte M.E. Opportunities for long-range magnon-mediated entanglement of spin qubits via on- and off-resonant coupling // PRX Quantum. 2021. Vol. 2, no. 4. P. 040314. DOI: 10.1103/PRXQuantum.2.040314.
  10. Grollier J., Querlioz D., Camsari K., Everschor-Sitte K., Fukami S., Stiles M.D. Neuromorphic spintronics // Nat. Electron. 2020. Vol. 3, no. 7. P. 360–370. DOI: 10.1038/s41928-019-0360-9.
  11. Stuart W., Kostylev M., Ustinов A.B., Kalinikos B.A. Implementing a magnonic reservoir computer model based on time-delay multiplexing // Phys. Rev. Applied. 2021. Vol. 15, no. 6. P. 064060. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.15.064060.
  12. Ya X., Chen H., Oyabu S., Peng B., Otsuki H., Tanaka T., Matsuyama K. Interferometric properties of standing spin waves and the application to a phase comparator // J. Appl. Phys. 2015. Vol. 117. P. 17A719. DOI: 10.1063/1.4914366.
  13. Han J., Cheng R., Liu L., Ohno H., Fukami S. Coherent antiferromagnetic spintronics // Nat. Mater. 2023. Vol. 22, no. 6. P. 684–695. DOI: 10.1038/s41563-023-01492-6.
  14. Самойленко К.Д., Митрофанова А.Ю., Сафин А.Р., Никитов С.А. Влияние топологии связанных антиферромагнитных осцилляторов на их взаимную синхронизацию // Известия вузов. ПНД. 2025. Т. 33, № 3. С. 307–321. DOI: 10.18500/0869-6632-003154.
  15. Kanj A., Gomonay H., Boventer I., Bortolotti P., Cros V., Anane A., Lebrun R. Antiferromagnetic magnon spintronic based on nonreciprocal and nondegenerated ultra-fast spin-waves in the canted antiferromagnet alpha-Fe_2O_3 // Sci. Adv. 2023. Vol. 9. P. eadh1601. DOI: 10.1126/sciadv.adh1601.
  16. Hortensius J., Afanasiev D., Matthiesen M., Leenders R., Citro R., Kimel A., Mikhaylovskiy R., Ivanov B.A., Caviglia A.D. Coherent spin-wave transport in an antiferromagnet // Nat. Phys. 2021. Vol. 17. no. 9. P. 1001–1006. DOI: 10.1038/s41567-021-01290-4.
  17. Беликов Л.В., Рудашевский Е.Г. Антиферромагнитный резонанс в гематите в слабоферромагнитном состоянии // ЖЭТФ. 1969. Т. 56, № 5. С. 1557–1564.
  18. Гуревич А.,Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит, 1994. 464 с.
  19. Landau L., Lifshitz E. On the theory of the dispersion of magnetic permeability in ferromagnetic bodies // Phys. Z. Sowjetunion. 1935. Vol. 8. P. 153–164.
  20. Gilbert T.L. A phenomenological theory of damping in ferromagnetic materials // IEEE Trans. Magn. 2004. Vol. 40, no. 6. P. 3443–3449. DOI: 10.1109/TMAG.2004.836740.
  21. Гомонай Е.В., Локтев В.М. Использование обобщенных уравнений Ландау-Лифшица для описания динамики многоподрешеточного антиферромагнетика в присутствии спин-поляризованного тока // Физика низких темпеpатуp. 2015. Т. 41, № 9. С. 898–907.
  22. Moriya T. Anisotropic superexchange interaction and weak ferromagnetism // Phys. Rev. 1960. Vol. 120, no. 1. P. 91–98. DOI: 10.1103/PhysRev.120.91.
  23. Vanderveken F., Tyberkevych V., Talmelli G., Soree B., Ciubotaru F., Adelmann C. Lumped circuit model for inductive antenna spin-wave transducers // Sci. Rep. 2022. Vol. 12. no. 1. P. 3796. DOI: 10.1038/s41598-022-07625-2.
  24. Lepadatu S. Boris computational spintronics—High performance multi-mesh magnetic and spin transport modeling software // J. Appl. Phys. 2020. Vol. 128, no. 24. P. 243902. DOI: 10.1063/5.0024382.
  25. Brehm V., Gomonay O., Lepadatu S., Klaui M., Sinova J., Brataas A., Qaiumzadeh A. Micromagnetic study of spin transport in easy-plane antiferromagnetic insulators // Phys. Rev. B. 2023. Vol. 107, no. 18. P. 184404. DOI: 10.1103/PhysRevB.107.184404.
Поступила в редакцию: 
10.06.2026
Принята к публикации: 
10.07.2026
Опубликована онлайн: 
10.07.2026
Опубликована: 
30.09.2026
  • 226 просмотров