Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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

Статья имеет ранний доступ!

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2024-4_martyshkin-sadovnikov_ranniy_dostup.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.611.2
DOI: 
10.18500/0869-6632-003108
EDN: 
BKIICQ

Нелинейные режимы распространения спиновых волн в волноводе c одномерным массивом отверстий

Авторы: 
Мартышкин Александр Александрович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Садовников Александр Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Аннотация: 

Цель. Исследование пространственно-частотной селекции сигнала в системе магнитных микроволноводов, разделенных между собой одномерным массивом отверстий в линейном и нелинейном режимах работы с помощью численных и экспериментальных методов.

Методы. Микромагнитное моделирование спин-волнового транспорта в ферромагнитных пленках. Получение S-параметров спиновых волн, распространяющихся в тангенциально намагниченной структуре с помощью векторного анализатора цепей.

Результаты. С помощью микромагнитного моделирования продемонстрированы пространственно-селективные свойства структуры в линейном и нелинейном режимах распространения спиновых волн. С помощью векторного анализатора выявлен механизм управления частотным диапазоном зон непропускания спин-волнового сигнала.

Заключение. Волноведущая система латерально связанных волноводов, разделенная одномерным массивом отверстий, может быть использована в качестве функционального элемента в планарных топологиях магнонных сетей и устройств параллельной обработки сигналов на их основе.

Ключевые слова: 
спиновые волны
магноника
спинтроника
нелинейность
Латеральные волноводы
Магнонный кристалл
Благодарности: 
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект №20-79-10191)
Список источников: 
  1. Bloch F. Zur Theorie des Ferromagnetismus // Zeitschrift fur Physik. 1930. Vol. 61. P. 206–219. DOI: 10.1007/BF01339661
  2. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит, 1994. 464 с.
  3. Khitun A., Bao M., Wang K.L. Magnonic logic circuits // Journal of Physics D: Applied Physics. 2010. Vol. 43, no. 26. P. 264005. DOI: 10.1088/0022-3727/43/26/264005.
  4. Au Y., Dvornik M., Dmytriiev O., Kruglyak V. V. Nanoscale spin wave valve and phase shifter // Applied Physics Letters. 2012. Vol. 100, iss. 17. P. 172408. DOI: 10.1063/1.4705289.
  5. Sadovnikov A. V., Beginin E. N., Sheshukova S. E., Romanenko D. V., Sharaevsky Y. P., Nikitov S. A. Directional multimode coupler for planar magnonics: Side-coupled magnetic stripes // Applied Physics Letters. 2015. Vol. 107, iss. 20. P. 202405. DOI: 10.1063/1.4936207.
  6. Wang Q., Kewenig M., Schneider M., Verba R., Kohl F., Heinz B., Geilen M., Mohseni M., Lagel B., Ciubotaru F., Adelmann C., Dubs C., Cotofana S. D., Dobrovolskiy O. V., Bracher T., Pirro P., Chumak A. V. A magnonic directional coupler for integrated magnonic half-adders // Nature Electronics. 2020. Vol. 3, no. 12. P. 765–774. DOI: 10.1038/s41928-020-00485-6.
  7. Csaba G., Papp A., Porod W. Perspectives of using spin waves for computing and signal processing // Physics Letters A. 2017. Vol. 381, iss. 17. P. 1471–1476. DOI: 10.1016/j.physleta. 2017.02.042.
  8. Barman A., Gubbiotti G., Ladak S., Adeyeye A. O., Krawczyk M., Grafe J., Adelmann C., Cotofana S., Naeemi A., Vasyuchka V. I., Hillebrands B., Nikitov S. A., Yu H., Grundler D., Sadovnikov A. V., Grachev A. A., Sheshukova S. E., Duquesne J.-Y., Marangolo M., Csaba G., Porod W., Demidov V. E., Urazhdin S., Demokritov S. O., Albisetti E., Petti D., Bertacco R., Schultheiss H., Kruglyak V. V., Poimanov V. D., Sahoo S., Sinha J., Yang H., Munzenberg M., Moriyama T., Mizukami S., Landeros P., Gallardo R. A., Carlotti G., Kim J.-V., Stamps R. L., Camley R.E., Rana B., Otani Y., Yu W., Yu T., Bauer G.E.W., Back C., Uhrig G.S., Dobrovolskiy O.V., Budinska B., Qin H., van Dijken S., Chumak A. V., Khitun A., Nikonov D. E., Young I. A., Zingsem B. W. and Winklhofer M. The 2021 magnonics roadmap // Journal of Physics: Condensed Matter. 2021. Vol. 33. P. 413001. DOI: 10.1088/1361-648X/abec1a.
  9. Wang Q., Csaba G., Verba R., Chumak A. V., Pirro P. Perspective on Nanoscaled Magnonic Networks // arXiv:2311.06129, 2023. 9 p. DOI: 10.48550/arXiv.2311.06129.
  10. Demidov V. E., Urazhdin S., Anane A., Cros V., Demokritov S. O. Spin–orbit-torque magnonics // Journal of Applied Physics. 2020. Vol. 127, iss. 17. P. 170901. DOI: 10.1063/5.0007095.
  11. Chumak A. V., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Hillebrands B. Magnon spintronics // Nature Physics. 2015. Vol. 11. P. 453–461. DOI: 10.1038/nphys3347.
  12. 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 // Physical Review B. 2017. Vol. 96, iss. 6. P. 060401(R). DOI: 10.1103/PhysRevB. 96.060401.
  13. Kostylev M., Schrader P., Stamps R. L., Gubbiotti G., Carlotti G., Adeyeye A. O., Goolaup S., Singh N. Partial frequency band gap in one-dimensional magnonic crystals // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92, iss. 13. P. 132504–132504-3. DOI: 10.1063/1.2904697.
  14. Evelt M., Ochoa H., Dzyapko O., Demidov V. E., Yurgens A., Sun J., Tserkovnyak Y., Bessonov V., Rinkevich A. B., Demokritov S. O. Chiral charge pumping in graphene deposited on a magnetic insulator // Physical Review B. 2017. Vol. 95, iss. 2. P. 024408. DOI: 10.1103/PhysRevB.95.024408.
  15. Odintsov S.A., Sadovnikov A.V., Grachev A.A., Beginin E.N., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Spatial-frequency selection of magnetostatic waves in a two-dimensional magnonic crystal lattice // JETP Letters. 2016. Vol. 104, iss. 8. P. 563–567. DOI: 10.1134/S0021364016200121.
  16. Collet M., Gladii O., Evelt M., Bessonov V., Soumah L., Bortolotti P., Demokritov S. O., Henry Y., Cros V., Bailleul M., Demidov V. E., Anane A. Spin-wave propagation in ultra-thin YIG based waveguides // Applied Physics Letters. 2017. Vol. 110, iss. 9. P. 092408. DOI: 10.1063/1.4976708.
  17. Nikitov S. A., Tailhades Ph., Tsai C. S. Spin waves in periodic magnetic structures—magnonic crystals // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2001. Vol. 236. iss. 3. P. 320–330. DOI: 10.1016/S0304-8853(01)00470-X.
  18. Kruglyak V. V., Hicken R. J., Kuchko A. N., Gorobets V. Y. Spin waves in a periodically layered magnetic nanowire // Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 98, iss. 1. P. 014304. DOI: 10.1063/ 1.1935764.
  19. Gubbiotti G., Tacchi S., Carlotti G., Singh N., Goolaup S., Adeyeye A. O., Kostylev M. Collective spin modes in monodimensional magnonic crystals consisting of dipolarly coupled nanowires // Applied Physics Letters 2007. Vol. 90, iss. 9. P. 092503. DOI: 10.1063/1.2709909.
  20. Ciubotaru F., Chumak A. V., Obry B., Serga A. A., Hillebrands B. Magnonic band gaps in waveguides with a periodic variation of the saturation magnetization // Physical Review B. 2013. Vol. 88, iss. 13. P. 134406. DOI: 10.1103/PhysRevB.88.134406.
  21. Huber R., Grundler D. Ferromagnetic nanodisks for magnonic crystals and waveguides // In: Drouhin H.-J. M., Wegrowe J.-E., Razeghi M. (eds.) Spintronics IV. Vol. 8100. SPIE, 2011. P. 81000D. DOI: 10.1117/12.892168.
  22. Klos J. W., Kumar D., Krawczyk M., Barman A. Magnonic band engineering by intrinsic and extrinsic mirror symmetry breaking in antidot spin-wave waveguides // Scientific Reports. 2013. Vol. 3, iss. 1. 2444. DOI: 10.1038/srep02444.
  23. Groß F., Zelent M., Gangwar A., Mamica S., Gruszecki P., Werner M., Schutz G., Weigand M., Goering E. J., Back C. H., Krawczyk M., Grafe J. Phase resolved observation of spin wave modes in antidot lattices // Applied Physics Letters. 2021. Vol. 118, iss. 23. P. 232403. DOI: 10.1063/ 5.0045142.
  24. Martyshkin A. A., Odintsov S. A., Gubanova Yu. A., Beginin E. N., Sheshukova S. E., Nikitov S. A., Sadovnikov A. V. Controlled spin-wave transport in a magnon-crystal structure with a one-dimensional array of holes // JETP Letters. 2019. Vol. 110, iss. 8. P. 533–539. DOI: 10.1134/ S0021364019200062.
  25. 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 // Physical Review B. 2017. Vol. 96, iss. 14. P. 144428. DOI: 10.1103/PhysRevB. 96.144428.
  26. Lenk B., Ulrichs H., Garbs F., Munzenberg M. The building blocks of magnonics // Physics Reports. 2011. Vol. 507, no. 4–5. P. 107–136. DOI: 10.1016/j.physrep.2011.06.003.
  27. Vansteenkiste A., Leliaert J., Dvornik M., Helsen M., Garcia-Sanchez F., van Waeyenberge B. The design verification of MuMax3 // AIP Advances 2014. Vol. 4. 107133. DOI: 10.1063/1.4899186.
  28. Landau L. D., Lifschitz E. M. On the theory of the dispersion of magnetic permeability in ferromagnetic bodies // Phys. Z. Sowjetunion. 1935. Vol. 8. P. 153–164.
  29. Dvornik M., Kuchko A. N., Kruglyak V. V. Micromagnetic method of s-parameter characterization of magnonic devices // Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 109, iss. 7. 07D350. DOI: 10.1063/ 1.3562519.
  30. Venkat G., Fangohr H., Prabhakar A. Absorbing boundary layers for spin wave micromagnetics // Journal of Magnetism Magnetic Materials. 2018. Vol. 450. P. 34–39. DOI: 10.1016/j.jmmm. 2017.06.057.
  31. Damon R. W., Eschbach J. R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1961. Vol. 19, iss. 3–4. P. 308–320. DOI: 10.1016/0022-3697(61)90041-5.
Поступила в редакцию: 
11.07.2023
Принята к публикации: 
19.02.2024
Опубликована онлайн: 
03.07.2024
  • 7 просмотров