Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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

Для цитирования:

Лобанов Н. Д., Матвеев О. В., Морозова М. А. Влияние нелинейности на брэгговские резонансы в связанных магнонных кристаллах // Известия вузов. ПНД. 2024. Т. 32, вып. 1. С. 111-120. DOI: 10.18500/0869-6632-003081, EDN: ULYAJE

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2024-1_lobanov-et-al_111-120.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нелинейные волны. Солитоны. Автоволны. Самоорганизация.
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.87
DOI: 
10.18500/0869-6632-003081
EDN: 
ULYAJE

Влияние нелинейности на брэгговские резонансы в связанных магнонных кристаллах

Авторы: 
Лобанов Никита Дмитриевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Матвеев Олег Валерьевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Морозова Мария Александровна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Аннотация: 

Цель. Целью данной работы является исследование влияния нелинейности на механизм формирования и характеристики брэгговских резонансов в вертикально связанных магнонных кристаллах с периодической системой канавок на поверхности. В работе построена волновая модель, получено нелинейное дисперсионное соотношение для поверхностных магнитостатических волн в такой структуре; проведено численное исследование характеристик каждого из брэгговских резонансов при увеличении амплитуды сигнала.

Методы. Использованы теоретические методы исследования спин-волновых возбуждений в широком классе структур с ферромагнитными слоями. В частности, для построения теоретических моделей использованы: метод связанных волн, длинноволновое приближение.

Результаты. В работе представлены результаты теоретического исследования влияния магнитной нелинейности на брэгговские резонансы в слоистой структуре на основе магнонных кристаллов с периодическими канавками на поверхности, разделенных диэлектрическим слоем. Выявлен механизм формирования запрещенных зон на частотах брэгговских резонансов в присутствии нелинейности среды. Показано, что при увеличении амплитуды сигнала частотный интервал между запрещенными зонами сокращается. При увеличении разницы намагниченностей насыщения магнонных кристаллов эффект нелинейного сближения более ярко выражен.

Заключение. Выявленные особенности расширяют возможности слоистой структуры на основе магнонных кристаллов по частотно-селективной обработке сигналов за счёт управления частотной избирательностью как с помощью статических параметров связи, периодичности и намагниченности насыщения слоев, так и динамически, с помощью изменения амплитуды волны.

Ключевые слова: 
ферромагнитная плёнка
магнитостатическая волна
Магнонный кристалл
брэгговский резонанс
запрещённая зона
Благодарности: 
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-29-00759)
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. 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 // Journal of Physics: Condensed Matter. 2021. Vol. 33, no. 41. P. 413001. DOI: 10.1088/1361-648X/abec1a.
  3. Barman A., Sinha J. Spin Dynamics and Damping in Ferromagnetic Thin Films and Nanostructures. Cham: Springer, 2018. 156 p. DOI: 10.1007/978-3-319-66296-1.
  4. Krawczyk M., Grundler D. Review and prospects of magnonic crystals and devices with reprogrammable band structure // Journal of Physics: Condensed Matter. 2014. Vol. 26, no. 12. P. 123202. DOI: 10.1088/0953-8984/26/12/123202.
  5. Chumak A. V., Serga A. A., Hillebrands B. Magnonic crystals for data processing // Journal of Physics D: Applied Physics. 2017. Vol. 50, no. 24. P. 244001. DOI: 10.1088/1361-6463/aa6a65.
  6. Brillouin L. Wave Propagation in Periodic Structures: Electric Filters and Crystal Lattices. 2d edition. Dover Publications, 1953. 255 p.
  7. Wigen P. E. Nonlinear Phenomena and Chaos in Magnetic Materials. Singapore: World Scientific, 1994. 260 p. DOI: 10.1142/1686.
  8. Львов В. С. Нелинейные спиновые волны. М.: Наука, 1987. 272 с.
  9. Лукомский В. П. Нелинейные магнитостатические волны в ферромагнитных пластинах // Укр. физ. журн. 1978. Т. 23, № 1. С. 134.
  10. 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.
  11. Morozova M. A., Matveev O. V., Romanenko D. V., Trukhanov A. V., Mednikov A. M., Sharaevskii Y. P., Nikitov S. A. Nonlinear spin wave switches in layered structure based on magnonic crystals // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020. Vol. 508. P. 166836. DOI: 10.1016/j.jmmm. 2020.166836.
  12. Ustinov A. B., Drozdovskii A. V., Kalinikos B. A. Multifunctional nonlinear magnonic devices for microwave signal processing // Applied Physics Letters. 2010. Vol. 96, no. 14. P. 142513. DOI: 10.1063/1.3386540.
  13. Castera J. P., Hartemann P. Adjustable magnetostatic surface-wave multistrip directional coupler // Electronics Letters. 1980. Vol. 16, no. 5. P. 195–196. DOI: 10.1049/el:19800140.
  14. Wang Q., Pirro P., Verba R., Slavin A., Hillebrands B., Chumak A. V. Reconfigurable nanoscale spin-wave directional coupler // Science Advances. 2018. Vol. 4, no. 1. P. e1701517. DOI: 10.1126/ sciadv.1701517.
  15. Vogt K., Fradin F. Y., Pearson J. E., Sebastian T., Bader S. D., Hillebrands B., Hoffmann A., Schultheiss H. Realization of a spin-wave multiplexer // Nature Communications. 2014. Vol. 5, no. 1. P. 3727. DOI: 10.1038/ncomms4727.
  16. Klingler S., Pirro P., Bracher T., Leven B., Hillebrands B., Chumak A. V. Spin-wave logic devices based on isotropic forward volume magnetostatic waves // Applied Physics Letters. 2015. Vol. 106, no. 21. P. 212406. DOI: 10.1063/1.4921850.
  17. Sasaki H., Mikoshiba N. Directional coupling of magnetostatic surface waves in a layered structure of YIG films // Journal of Applied Physics. 1981. Vol. 52, no. 5. P. 3546–3552. DOI: 10.1063/1.329134.
  18. An K., Bhat V. S., Mruczkiewicz M., Dubs C., Grundler D. Optimization of spin-wave propagation with enhanced group velocities by exchange-coupled ferrimagnet-ferromagnet bilayers // Physical Review Applied. 2019. Vol. 11, no. 3. P. 034065. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.11.034065.
  19. Morozova M. A., Romanenko D. V., Matveev O. V., Grishin S. V., Sharaevskii Y. P., Nikitov S. A. Suppression of periodic spatial power transfer in a layered structure based on ferromagnetic films // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2018. Vol. 466. P. 119–124. DOI: 10.1016/j.jmmm. 2018.06.077.
  20. Morozova M. A., Sharaevskaya A. Y., Sadovnikov A. V., Grishin S. V., Romanenko D. V., Beginin E. N., Sharaevskii Y. P., Nikitov S. A. Band gap formation and control in coupled periodic ferromagnetic structures // Journal of Applied Physics. 2016. Vol. 120, no. 22. P. 223901. DOI: 10.1063/1.4971410.
  21. Morozova M. A., Grishin S. V., Sadovnikov A. V., Romanenko D. V., Sharaevskii Y. P., Nikitov S. A. Tunable bandgaps in layered structure magnonic crystal–ferroelectric // IEEE Transactions on Magnetics. 2015. Vol. 51, no. 11. P. 2802504. DOI: 10.1109/TMAG.2015.2446763.
  22. Морозова М. А., Лобанов Н. Д., Матвеев О. В., Никитов С. А. Механизм формирования запрещенных зон спиновых волн в связанных магнонных кристаллах // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 115, № 12. С. 793–800. DOI: 10.31857/S1234567822120072.
  23. Louisell W. H. Coupled Mode and Parametric Electronics. New York: Wiley, 1960. 268 p.
  24. Вашковский А. В., Стальмахов В. С., Шараевский Ю. П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1993. 312 с.
Поступила в редакцию: 
23.06.2023
Принята к публикации: 
22.09.2023
Опубликована онлайн: 
20.12.2023
Опубликована: 
31.01.2024
  • 262 просмотра