Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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


Для цитирования:

Пойманов В. Д. Спектр обменных спиновых волн в одномерном магнонном кристалле с антиферромагнитным упорядочением // Известия вузов. ПНД. 2022. Т. 30, вып. 5. С. 644-655. DOI: 10.18500/0869-6632-003009

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
538.11
EDN: 

Спектр обменных спиновых волн в одномерном магнонном кристалле с антиферромагнитным упорядочением

Авторы: 
Пойманов Владислав Дмитриевич, Донецкий Национальный Университет
Аннотация: 

Цель исследования заключается в том, чтобы показать, что условия распространения обменных спиновых волн (ОСВ) в асимметричной сверхрешетке с антиферромагнитно упорядоченными ячейками существенно зависят от киральности прецессии намагниченности ОСВ (поляризации, «магнонного псевдоспина»). Метод. При построении спектров ОСВ применяются модель Кронинга–Пенни (метод трансфер-матрицы) и уравнение Ландау–Лифшица для определения характера волн в ячейках. В случае одноосной среды существует ОСВ только одного типа, поэтому при сшивке полей на границе сохранение киральности является существенным фактором, благодаря которому ОСВ в одной ячейке всегда является бегущей, а в другой — эванесцентной. Таким образом, сверхрешетка для ОСВ является эффективным периодическим «потенциалом», в котором асимметрия может быть реализована либо приложением внешнего поля, либо различием в толщине и/или физических свойствах материалов ячеек. Результаты. На основании анализа спектра построены карты зон пропускания для ОСВ разной киральности в трех представлениях — «блоховское волновое число – частота», «частота – относительная толщина ячейки», а также в плоскости волновых чисел ячеек. Показано, что наличие асимметрии приводит к различию в ширине зон пропускания волн разной киральности. Для конечной структуры построены частотные зависимости коэффициентов пропускания и отражения ОСВ. Также обнаружено усиление затухания ОСВ вблизи границ зон пропускания. Заключение. Результаты исследования могут быть использованы при конструировании магнонных вентилей и других устройств на ОСВ, в которых можно управлять их киральностью.

Благодарности: 
Автор выражает благодарность В. В. Кругляку (университет г. Эксетер) за плодотворные обсуждения и рекомендации
Список источников: 
  1. Demokritov S. O. Spin Wave Confinement: Propagating Waves. 2nd edition. Singapore: Pan Stanford Publishing, 2017. 448 p.
  2. Poimanov V. D., Kruglyak V. V. Chirality of exchange spin waves exposed: Scattering and emission from interfaces between antiferromagnetically coupled ferromagnets // J. Appl. Phys. 2021. Vol. 130, no. 13. P. 133902. DOI: 10.1063/5.0063727.
  3. Пойманов В. Д., Шавров В. Г., Кругляк В. В. Неоднородные обменные спиновые волны в задачах рассеяния // Журнал Радиоэлектроники. 2018. № 11. С. 7. DOI: 10.30898/1684- 1719.2018.11.17.
  4. Poimanov V. D., Shavrov V. G. Features of the scattering of exchange spin waves by layer and superlattice of biaxial ferromagnets // J. Phys. Conf. Ser. 2019. Vol. 1389. P. 012134. DOI: 10.1088/1742-6596/1389/1/012134.
  5. Whitehead N. J., Horsley S. A. R., Philbin T. G., Kuchko A. N., Kruglyak V. V. Theory of linear spin wave emission from a Bloch domain wall // Phys. Rev. B. 2017. Vol. 96, no. 6. P. 064415. DOI: 10.1103/PhysRevB.96.064415.
  6. Yan Z. R., Xing Y. W., Han X. F. Magnonic skin effect and magnon valve effect in an antiferromagnetically coupled heterojunction // Phys. Rev. B. 2021. Vol. 104, no. 2. P. L020413. DOI: 10.1103/ PhysRevB.104.L020413.
  7. Xing Y. W., Yan Z. R., Han X. F. Comparison of spin-wave transmission in parallel and antiparallel magnetic configurations // Phys. Rev. B. 2022. Vol. 105, no. 6. P. 064427. DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.064427.
  8. Саланский Н. М., Ерухимов М.Ш. Физические свойства и применение тонких пленок. Новосибирск: Наука, 1975. 222 с.
  9. Goedsche F. Reflection and refraction of spin waves // Physica Status Solidi (B). 1970. Vol. 39, no. 1. P. K29–K33. DOI: 10.1002/pssb.19700390143.
  10. Горобец Ю. И., Решетняк С. А. Отражение и преломление спиновых волн в одноосных магнетиках в приближении геометрической оптики // ЖТФ. 1998. Т. 68, № 2. С. 60–63.
  11. Басс Ф. Г., Булгаков А. А., Тетервов А. П. Высокочастотные свойства полупроводников со сверхрешетками. М.: Наука, 1989. 288 с.
  12. Kruglyak V. V., Kuchko A. N. Spectrum of spin waves propagating in a periodic magnetic structure // Physica B: Condensed Matter. 2003. Vol. 339, no. 2–3. P. 130–133. DOI: 10.1016/j.physb. 2003.08.124.
  13. Kruglyak V. V., Davies C. S., Tkachenko V. S., Gorobets O. Y., Gorobets Y. I., Kuchko A. N. Formation of the band spectrum of spin waves in 1D magnonic crystals with different types of interfacial boundary conditions // Journal of Physics D: Applied Physics. 2017. Vol. 50, no. 9. P. 094003. DOI: 10.1088/1361-6463/aa536c.
  14. Кругляк В. В., Кучко А. Н. Влияние модуляции магнитной вязкости на затухание спиновых волн в мультислойных магнитных системах // Физика металлов и металловедение. 2001. Т. 92, № 3. С. 3–6.
  15. Kruglyak V. V., Kuchko A. N. Damping of spin waves in a real magnonic crystal // J. Magn. Magn. Mater. 2004. Vol. 272–276, no. 1. P. 302–303. DOI: 10.1016/j.jmmm.2003.12.1246.
  16. Latcham O. S., Gusieva Y. I., Shytov A. V., Gorobets O. Y., Kruglyak V. V. Hybrid magnetoacoustic metamaterials for ultrasound control // Appl. Phys. Lett. 2020. Vol. 117, no. 10. P. 102402. DOI: 10.1063/5.0018801.
  17. Vysotskii S., Dudko G., Sakharov V., Khivintsev Y., Filimonov Y., Novitskii N., Stognij A., Nikitov S. Propagation of spin waves in ferrite films with metasurface // ACTA PHYSICA POLONICA A. 2018. Vol. 133, no. 3. P. 508–510. DOI: 10.12693/aphyspola.133.508.
  18. Вашковский А. В., Стальмахов В. С., Шараевский Ю. П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1993. 312 с.
  19. Пойманов В. Д., Кругляк В. В. Невзаимность распространения обменно-дипольных спиновых волн в двуслойных магнитных пленках со скрещенной намагниченностью слоев // ЖЭТФ. 2022. Т. 161, № 5. С. 720–736. DOI: 10.31857/S0044451022050108.
Поступила в редакцию: 
21.04.2022
Принята к публикации: 
21.07.2022
Опубликована: 
30.09.2022