Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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


Для цитирования:

Тихонов В. В., Губанов В. А. Спин-волновая диагностика эпитаксиальных феррит-диэлектрических структур // Известия вузов. ПНД. 2022. Т. 30, вып. 5. С. 592-604. DOI: 10.18500/0869-6632-003005

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.613
EDN: 

Спин-волновая диагностика эпитаксиальных феррит-диэлектрических структур

Авторы: 
Тихонов Владимир Васильевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Губанов Владислав Андреевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Аннотация: 

Цель настоящего исследования — выяснение механизма преобразования электромагнитных и обменных спиновых волн (ОСВ) в тонком переходном слое эпитаксиальных феррит-диэлектрических структур, а также исследование возможностей использования коротковолновых ОСВ для диагностики магнитных неоднородностей эпитаксиальных пленок железоиттриевого граната (ЖИГ). Методы. В данной работе исследуются процессы гибридизации электромагнитных и обменных спиновых волн в тонком переходном слое эпитаксиальной пленки ЖИГ. Исследуются особенности дисперсии гибридизованных волн в окрестности частот фазового синхронизма при нормальном и касательном намагничивании пленки ЖИГ. Результаты. Показано, что в пределах толщины переходного слоя дисперсия возбуждаемых ОСВ испытывает значительные искажения, что проявляется в сдвигах частот спин-волнового резонанса. На основании этого предложена методика расчета распределения спонтанной намагниченности по толщине пленки ЖИГ, которая использовалась для моделирования процессов возбуждения спин-волновых резонансов. Заключение. Предложенная методика спин-волновой диагностики пленок ЖИГ может эффективно применяться для неразрушающего контроля всех типов эпитаксиальных феррит-диэлектрических структур, что может быть востребовано в сфере технологии их производства и в сфере их практического применения.

Благодарности: 
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-79-10191)
Список источников: 
  1. Kajiwara Y., Harii K., Takahashi S., Ohe J., Uchida K., Mizuguchi M., Umezawa H., Kawai H., Ando K., Takanashi K., Maekawa S., Saitoh E. Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator // Nature. 2010. Vol. 464, no. 7286. P. 262–266. DOI: 10.1038/nature08876.
  2. Hirohata A., Yamada K., Nakatani Y., Prejbeanu I.-L., Dieny B., Pirro P., Hillebrands B. Review on spintronics: Principles and device applications // J. Magn. Magn. Mater. 2020. Vol. 509. P. 166711. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.166711.
  3. 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. Т. 185, № 10. С. 1099–1128. DOI: 10.3367/UFNr.0185.201510m.1099.
  4. 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., Winklhofer M. The 2021 magnonics roadmap // J. Phys. Condens. Matter. 2021. Vol. 33, no. 41. P. 413001. DOI: 10.1088/1361-648X/abec1a.
  5. Pirro P., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Hillebrands B. Advances in coherent magnonics // Nat. Rev. Mater. 2021. Vol. 6, no. 12. P. 1114–1135. DOI: 10.1038/s41578-021-00332-w.
  6. Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. М.: Наука, 1967. 368 с.
  7. Bloch F. Zur Theorie des Ferromagnetismus // Z. Physik. 1930. Bd. 61, Nr. 3–4. S. 206–219. DOI: 10.1007/BF01339661.
  8. Shone M. The technology of YIG film growth // Circuits Systems and Signal Process. 1985. Vol. 4, no. 1–2. P. 89–103. DOI: 10.1007/BF01600074.
  9. Ющук С. И. Слоистая структура эпитаксиальных пленок железо-иттриевого граната // ЖТФ. 1999. Т. 69, № 12. С. 62–64.
  10. Park M.-B., Cho N.-H. Structural and magnetic characteristics of yttrium iron garnet (YIG, Ce : YIG) films prepared by RF magnetron sputter techniques // J. Magn. Magn. Mater. 2001. Vol. 231, no. 2–3. P. 253–264. DOI: 10.1016/S0304-8853(01)00068-3.
  11. Тихонов В. В., Толкачев А. В. Линейное возбуждение обменных спиновых волн в имплантированных пленках ЖИГ // ФТТ. 1994. Т. 36, № 1. С. 185–193.
  12. Temiryazev A. G., Tikhomirova M. P., Zilberman P. E., Maryakhin A. V. Excitation and propagation of exchange spin waves in ferrite films with nonuniformity of magnetic parameters across the film thickness // J. Phys. IV France. 1997. Vol. 7, no. 1. P. C1-395–C1-398. DOI: 10.1051/jp4:19971160.
  13. Tikhonov V. V., Litvinenko A. N. Spin-wave diagnostics of the magnetization distribution over the thickness of a ferrite film // Appl. Phys. Lett. 2019. Vol. 115, no. 7. P. 072410. DOI: 10.1063/1.5098116.
  14. Tikhonov V. V., Litvinenko A. N. Exchange spin waves and their application for diagnostics of the layered structure of epitaxial YIG films // J. Magn. Magn. Mater. 2020. Vol. 515. P. 167241. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167241.
  15. Mitra A., Cespedes O., Ramasse Q., Ali M., Marmion S., Ward M., Brydson R. M. D., Kinane C. J., Cooper J. F. K., Langridge S., Hickey B. J. Interfacial origin of the magnetisation suppression of thin film yttrium iron garnet // Scientific Reports. 2017. Vol. 7, no. 1. P. 11774. DOI: 10.1038/s41598- 017-10281-6.
  16. Mehrer H. Diffusion in Solids: Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. Berlin: Springer, 2007. 654 p. DOI: 10.1007/978-3-540-71488-0. 
Поступила в редакцию: 
30.05.2022
Принята к публикации: 
17.08.2022
Опубликована: 
30.09.2022