Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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


Образец для цитирования:

Кожевников А. В., Дудко Г. М., Хивинцев Ю. В., Сахаров В. К., Высоцкий С. Л., Никулин Ю. В., Павлов Е. С., Хитун А. Г., Филимонов Ю. А. Влияние направления магнитного поля на спектр выходных сигналов спиновых волн при трехмагнонном распаде поверхностных магнитостатических волн в кресте на основе волноводов из пленки железо-иттриевого граната //Известия вузов. ПНД. 2020. Т. 28, вып. 2. С. 168-185. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2020-28-2-168-185

Опубликована онлайн: 
30.04.2020
Язык публикации: 
русский
УДК: 
537.622.2; 537.862

Влияние направления магнитного поля на спектр выходных сигналов спиновых волн при трехмагнонном распаде поверхностных магнитостатических волн в кресте на основе волноводов из пленки железо-иттриевого граната

Авторы: 
Кожевников Александр Владимирович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Дудко Галина Михайловна, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Хивинцев Юрий Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Сахаров Валентин Константинович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Высоцкий Сергей Львович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Никулин Юрий Васильевич, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Павлов Евгений Сергеевич, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Хитун Александр Георгиевич, Калифорнийский университет в Риверсайде
Филимонов Юрий Александрович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Аннотация: 

Тема. Исследовалось влияние направления магнитного поля H на спектр выходных сигналов спиновых волн 4-портовой крестовидной структуры при возбуждении входным преобразователем поверхностной магнитостатической волны (ПМСВ) в условиях параметрической неустойчивости первого порядка (трехмагнонной).

Цель. Обнаружение влияния эффектов невзаимности на развитие параметрической неустойчивости спиновых волн в касательно намагниченных мультипортовых микроструктурах на основе пленок железо-иттриевого граната.

Методы. Эксперименты выполнялись с крестом из пленки железо-иттриевого граната толщиной d ≈ 3.8 мкм, в виде двух ортогональных волноводов шириной w ≈ 500 мкм и длиной L ≈ 3 мм с расположенными на концах волноводов проволочными антеннами спиновых волн, где одна из антенн на поперечно намагниченном волноводе являлась входной.

Результат. Обнаружено, что на выходных антеннах, расположенных вблизи концов продольно намагниченного волновода и ориентированных перпендикулярно магнитному полю, спектры спиновых волн качественно различны и невзаимны по отношению к направлению поля H или смене направления распространения поверхностных магнитостатических волн накачки.

Обсуждение. Обнаруженный эффект связывается с невзаимным характером распространения в структуре как волны накачки, так и рождаемых при параметрической неустойчивости волн.

DOI: 
10.18500/0869-6632-2020-28-2-168-185
Библиографический список: 

 1. Damon R.W. and Eshbach J.R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // J. Phys. Chem. Solids. 1961. Vol. 19. P. 308–320. doi:10.1016/0022-3697(61)90041-5

2. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. Москва: Физматлит, 1994. 464 с.

3. Schneider T., Serga A.A., Neumann T., Hillebrands B., and Kostylev M.P. Phase reciprocity of spinwave excitation by a microstrip antenna // Phys. Rev. B. 2008. Vol. 77. P. 214411. doi: 10.1103/PhysRevB.77.214411

4. Demidov V.E., Kostylev M.P., Rott K., Krzysteczko P., Reiss G., Demokritov S.O. Excitation of microwaveguide modes by a stripe antenna // Appl. Phys. Lett. 2009. Vol. 95. P. 112509. doi:10.1063/1.3231875

5. Sekiguchi K., Yamada K., Seo S.M., Lee K.J., Chiba D., Kobayashi K., Ono T. Nonreciprocal emission of spin-wavepacket in FeNi film // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 97. P. 022508. doi:10.1063/1.3464569

6. Deorani P., Kwon J. H., Yang H. Nonreciprocity engineering in magnetostatic spin waves // Current Applied Physics. 2014. Vol. 14. P. S129. doi:10.1016/j.cap.2013.11.008

7. Shibata K., Kasahara K., Nakayama K., Kruglyak V.V., Aziz M.M., Manago T. Dependence of nonreciprocity in spin waveexcitation on antenna configuration // J. Appl. Phys. 2018. Vol. 124, no. 2. P. 43901. doi:10.1063/1.5068722

8. Lisenkov I., Kalyabin D., Osokin S., Klos J.W., Krawczyk M., Nikitov S. Nonreciprocity of edge modes in 1D magnonic crystal // JMMM. doi:10.1016/j.jmmm.2014.10.073

9. Mruczkiewicz M., Krawczyk M., Gubbiotti G., Tacchi S., Filimonov Yu.A., Kalyabin D.V., Lisenkov I.V., Nikitov S.A. Nonreciprocity of spin waves in metallized magnonic crystal // New Journal of Physics. 2013. Vol. 15. P. 113023.

10. Высоцкий С.Л., Никитов С.А., Павлов Е.С., Филимонов Ю.А. Брэгговские резонансы поверхностных магнитостатических волн в структуре ферритовый магнонный кристалл–диэлектрик– металл // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58, № 4. С. 389–394.

11. Beginin E.N., Filimonov Yu.A., Pavlov E.S., Vysotskii S.L., Nikitov S.A. Bragg resonances of magnetostatic surface spin waves in a layered structure: Magnonic crystal–dielectric–metal // Appl. Phys. Lett. 2012. Vol. 100. P. 252412.

12. Высоцкий С.Л., Бегинин Е.Н., Никитов С.А., Павлов Е.С., Филимонов Ю.А. Влияние металлизации ферритового магнонного кристалла на брэгговские резонансы поверхностных магнитостатических волн// Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37, вып. 21. С. 76–81.

13. Jamali M., Kwon J. H., Seo S.-M., Lee K.-J., Yang H. Spin wave nonreciprocity for logic device applications // Sci. Rep. 2013. Vol. 3. P. 03160.

14. Sato, N. Sekiguchi K., and Nozaki Y. Electrical demonstration of spin-wave logic operation // Appl. Phys. Express. 2013. Vol. 6. 063001. doi:10.7567/APEX.6.063001

15. Adam J.D., Davis L.E., Dionne G.F., Schloemann E.F., Stitzer S.N. Ferrite devices and materials // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2002. Vol. 50. P. 721. doi: 10.1109/22.989957

16. Wu J., Yang X., Beguhn, S. Lou J., and Sun N.X. Nonreciprocal tunable low-loss bandpass filters with ultra-wideband isolation based on magnetostatic surface wave // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2012. Vol. 60. P. 3959. doi:10.1109/TMTT.2012.2222661

17. Harris V.G. Modern microwave ferrites // IEEE Trans. Magn. 2012. Vol. 48. P. 1075. doi:10.1109/TMAG.2011.2180732

18. Vugalter G.A. Korovin A.G. Total internal reflection of backward volume magnetostatic waves and its application for waveguides in ferrite films // J. Phys. D: Appl. Phys. 1998. Vol. 31. P. 1309–1319. doi:10.1088/0022-3727/31/11/004

19. Вугальтер Г.А., Коровин А.Г. Полное внутреннее отражение обратных объемных магнитостатических волн от металлизированного участка ферритовой пленки // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15, вып. 21. С. 73–76.

20. Vashkovsky A.V., Lock E.H. Properties of backward electromagnetic waves and negative reflection in ferrite films // Phys. Usp. 2006. Vol. 49. P. 389–399. doi:10.1070/PU2006v049n04ABEH005807

21. Madami M., Khivintsev Y., Gubbiotti G., Dudko G., Kozhevnikov A., Sakharov V., Stal’makhov A., Khitun A., and Filimonov Y. Nonreciprocity of backward volume spin wave beams excited by the curved focusing transducer // Appl. Phys. Lett. 2018. Vol. 113. P. 152403. doi:10.1063/1.5050347

22. Parekh J.P., Tuan H.S. and Desai A. Theory of MSSW Convolution // Proceedings of the IEEE 1987 / Ultrasonics Symposium. Denver. Colorado. USA. 1987. P. 217–220. doi:10.1109/ULTSYM.1987.198957

23. Казаков Г.Т., Пылаев Е.С. Комбинационное преобразование частоты встречных магнитостатических волн с возбуждением сверхсветовых волн намагничивания // Письма в ЖТФ. 1983. Т. 9, вып. 20. С. 1240.

24. Кожевников А.В., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Дудко Г.М., Высоцкий С.Л., Никулин Ю.В., Павлов Е.С., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г. Влияние параметрических процессов на распространение спиновых волн в крестовидных структурах на основе волноводов из пленок железо-иттриевого граната // Известия вузов. ПНД. 2019. Т. 27, № 3. С. 9–32. doi:10.18500/0869-6632-2019-27-3-9-32

25. O’Keeffe T.W., Patterson R.W. Magnetostatic surface-wave propagation in finite samples // J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49. P. 4886–4895. doi:10.1063/1.325522

26. Дудко Г.М., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Кожевников А.В., Высоцкий С.Л., Селезнев М.Е., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г. Микромагнитное моделирование нелинейного взаимодействия латеральных магнитостатических мод в крестовидных структурах на основе волноводов из пленок железо-иттриевого граната // Известия вузов. ПНД. 2019. T. 27, № 2. С. 39–60. doi:10.18500/0869-6632-2019-27-2-39-60

27. Stancil D.D., Prabhakar A. Spin Waves: Theory and Applications. Springer Science+Business Media, LLC 2009. LCCN: 2008936559. 354 с. doi:10.1007/978-0-387-77865-5

28. Медников А.М. Нелинейные эффекты при распространении поверхностных спиновых волн в пленках ЖИГ // Физика твердого тела. 1981. Т. 23, вып. 1. С. 242–245.

29. Темирязев А.Г. Механизм преобразования поверхностной магнитостатической волны в условиях трехмагнонного распада // Физика твердого тела. 1987. Т. 29, вып. 2. С. 313–319.

30. Ползикова Н.И., Раевский А.О., Темирязев А.Г. Влияние обменного взаимодействия на границу трехмагнонного распада волны Дэймона–Эшбаха в тонких пленках ЖИГ // Физика твердого тела. 1984. Т. 26, вып. 11. С. 3506–3508.

31. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Четырехмагнонный распад поверхностных магнитостатических волн в пленках железо-иттриевого граната // Физика твердого тела. 1997. Т. 39. № 2. С. 330–338.

32. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Влияние параметрически возбужденных спиновых волн на дисперсию и затухание поверхностных магнитостатических волн в ферритовых пленках // ЖЭТФ. 1999. Т. 115, №1. С. 318.

33. Мелков Г.А., Шолом С.В. Параметрическое возбуждение спиновых волн поверхностной магнитостатической волной // ЖЭТФ. 1989. Т. 96, вып. 2(8). С. 712–719.

34. Вашковский А.В., Стальмахов В.С., Шараевский Ю.П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1993. 311 c.

35. Львов В.С. Нелинейные спиновые волны. М.:Наука, 1987. 270 с.

36. Demokritov S.O., Demidov V.E., Dzyapko O., Melkov G.A., Serga A.A., Hillebrands B., Slavin A.N. Bose–Einstein condensation of quasi-equilibrium magnons at room temperature under pumping // Nature V. 2006. Vol. 443. P. 430–433. doi:10.1038/nature05117

37. Бир А.С., Гришин С.В. Генерация темных многосолитонных комплексов в магнонном кольцевом резонаторе с управлением дисперсией и конкурирующими нелинейными спин-волновыми взаимодействиями// ПЖЭТФ. 2019. Т. 110, вып. 5. С. 348. doi:10.1134/S0370274X19170120

Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 23)