MAGNETOSTATIC SURFACE WAVES PARAMETRIC INSTABILITY IN TWO-DIMENSIONAL (2D) MAGNONIC CRYSTALS
Cite this article as:
Vysotsky S. L., Kozhevnikov А. V., Kazakov G. Т., Nikitov S. А., Filimonov Y. А. MAGNETOSTATIC SURFACE WAVES PARAMETRIC INSTABILITY IN TWO-DIMENSIONAL (2D) MAGNONIC CRYSTALS. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2007, vol. 15, iss. 3, pp. 58-73. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2007-15-3-58-73
First order (three-magnon) parametric instability of magnetostatic surface waves (MSSW) was experimentally studied in two-dimensional (2D) magnonic crystals with rhombic and square lattices with lattice parameter 37–40 mm. The instability was produced by etching of holes 32 mm in diameter and 1–2 mm in depth in the 16 mm-thick yttrium iron garnet (YIG) film. It was found, that MSSW threshold powers for parametric instability development in case of 2D magnonic crystals are of the order of two times greater than analogous threshold values for starting YIG films. This effect was treated as a consequence of an increase of the spin waves relaxation rate in 2D magnonic crystals due to scattering processes. It was shown, that for moderate levels of the MSSWovercriticallity the parametric instability processes don’t destroy the forbidden band in spin wave spectra. The growing of the MSSW parametric instability threshold was observed in conditions of the MSSW effective hybridization with exchange spin waves, travelling at an angle 90± with respect to the bias magnetic field.
1. Joannopouls J.D., Meade R.D., Winn J.N. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton University Press, 1995.
2. Sakoda K. Optical Properties of Photonic Cristals. Springer Series in Optical Sciences, Springer Verlag, 2001.
3. Виноградов А.П., Ерохин С.Г., Грановский А.Б., Инуе М. Полярный эффект Керра в многослойных системах (магнитофотонных кристаллах) // РЭ. 2004. Т. 49, No 6. С. 726.
4. Yayoi K., Osada M., Inoue M., et al. // Digest of 2000 IEEE Inter. Magn. Conf. Toronto, 2000.
5. Vasseur J.O., Dobrzynski L., Dijafari-Rouhani B., Puszkarski H. Magnon band structure in periodic composites // Phys. Rev. B. 1996. Vol. B54. P. 1043.
6. Al-Wahsh H., Akjouj A., Dijafari-Rouhani B., et. al. Large magnonic band gaps and defect modes in one-dimensional comblike structures // Phys. Rev. B. 1999. Vol. B59. P. 8709.
7. Figotin A., Vitebsky I. Nonreciprocal magnetic photonic crystals //Phys. Rev. E. 2001. Vol. E63. P. 06609.
8. Nikitov S.A., Taihades Ph., Tsai C.S. Spin waves in periodic magnetic structures // J. Magn. Magn. Mater. 2001. Vol. 236, No 3. P. 320.
9. Гуляев Ю.В., Никитов С.А. Магнонные кристаллы и спиновые волны в периодических структурах // ДАН. 2001. Т. 380. С. 469.
10. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Животовский Л.В. и др. Ферромагнитные пленки с периодическими структурами с магнонной запрещенной зоной – магнонные кристаллы // Письма в ЖЭТФ. 2003. Т. 77, вып. 10. С. 670.
11. Высоцкий С.Л., Никитов С.А. Филимонов Ю.А. Магнитостатические спиновые волны в двумерных периодических структурах – магнито-фотонных кристаллах // ЖЭТФ. 2005. Т. 128, вып. 3(9). С. 636.
12. Саланский Н.М., Ерухимов М.Ш. Физические свойства и применение магнитных пленок. Новосибирск: Наука, 1975. C. 222.
13. Беспятых Ю.И., Зубков В.И., Тарасенко В.В. Влияние поверхностной анизотропии и теплового разброса электронов по скоростям на неустойчивость поверхностных магнитостатических волн в структуре феррит-полупроводник // ФТТ. 1977. Т. 19, No 11. С. 3409.
14. Wolfram T., de Wames R.E. Linewidth and dispersion of the virtual magnon surface state in thick ferromagnetic films // Phys. Rev. 1970. Vol. B1, No 11. P. 4358.
15. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит, 1994. C. 464.
16. Медников А.М. Нелинейные эффекты при распространении поверхностных спиновых волн в пленках ЖИГ // ФТТ. 1981. Т. 23, вып. 1. С. 242.
17. Темирязев А.Г. Механизм преобразования частоты поверхностной магнитостатической волны в условиях трехмагнонного распада // ФТТ. 1987. Т. 29, вып. 2. C. 313.
18. Чивилева О.А., Гуревич А.Г., Анисимов А.Н. и др. Пороговые поля и намагниченности при параметрическом возбуждении спиновых волн поверхностной магнитостатической волной // ФТТ. 1987. Т. 29. С. 1774.
19. Казаков Г.Т., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А. Четырехмагнонный распад поверхностных магнитостатических волн в пленках ЖИГ // ФТТ. 1997. Т. 39, No 2. С. 330.
20. 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, No 1. С. 318.
21. Галишников А.А., Дудко Г.М., Кожевников А.В., Марчелли Р., Никитов С.А., Филимонов Ю.А. Эффекты самовоздействия при распространении импульсов поверхностных магнитостатических волн в структуре феррит-диэлектрик-металл // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2006. Т. 14, No 3. С. 3.
22. Вашковский А.В., Стальмахов В.С., Шараевский Ю.П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Изд-во СГУ, 1993. 315 с.
23. Шараевский Ю.П., Гришин С.В., Малюгина М.А. Нелинейные линии передачи на основе связанных систем с ферромагнитными пленками // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2006. Т. 14, No 3. С. 34.
24. Mathieu C., Synogach V.T., Patton C.E. Brillouin light scattering analysis of threemagnon splitting processes in yttrium iron garnet films // Phy. Rev. B. 2004. Vol. 67. P. 10442.
25. Lemons R.A., Auld D.A. The effects of field strength and orientation on magnetostatic wave propagation in an anisotropic ferrimagnetic plate // J. Appl. Phys. 1981. Vol. 52, No 12. P. 7360.
26. Damon R.W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // J. Phys. Chem. Solids. 1961. Vol. 19, No 3/4. P. 308.
27. Казаков Г.Т., Сухарев А.Г., Филимонов Ю.А. Радиационные потери магнитостатических волн Дэймона – Эшбаха в пленках железоиттриевого граната // ФТТ. 1990. Т. 32, No 12. С. 3571.
28. Львов В.С. Нелинейные спиновые волны. М.: Наука, 1987, 272 с.
29. Темирязев А.Г. Тихомирова М.П. Трехмагнонный распад обменной спиновой волны // Письма в ЖЭТФ. 1995. Т. 61, вып. 11. С. 910.
30. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Плесский В.П. Отражение поверхностных магнитостатических волн от периодически неровного участка поверхности феррита // ФТТ. 1981. Т. 23, No 4. С. 1231.
BibTeX
author = {S. L. Vysotsky and А. V. Kozhevnikov and G. Т. Kazakov and S. А. Nikitov and Yu. А. Filimonov },
title = {MAGNETOSTATIC SURFACE WAVES PARAMETRIC INSTABILITY IN TWO-DIMENSIONAL (2D) MAGNONIC CRYSTALS},
year = {2007},
journal = {Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics},
volume = {15},number = {3},
url = {https://old-andjournal.sgu.ru/en/articles/magnetostatic-surface-waves-parametric-instability-in-two-dimensional-2d-magnonic-crystals},
address = {Саратов},
language = {russian},
doi = {10.18500/0869-6632-2007-15-3-58-73},pages = {58--73},issn = {0869-6632},
keywords = {-},
abstract = {First order (three-magnon) parametric instability of magnetostatic surface waves (MSSW) was experimentally studied in two-dimensional (2D) magnonic crystals with rhombic and square lattices with lattice parameter 37–40 mm. The instability was produced by etching of holes 32 mm in diameter and 1–2 mm in depth in the 16 mm-thick yttrium iron garnet (YIG) film. It was found, that MSSW threshold powers for parametric instability development in case of 2D magnonic crystals are of the order of two times greater than analogous threshold values for starting YIG films. This effect was treated as a consequence of an increase of the spin waves relaxation rate in 2D magnonic crystals due to scattering processes. It was shown, that for moderate levels of the MSSWovercriticallity the parametric instability processes don’t destroy the forbidden band in spin wave spectra. The growing of the MSSW parametric instability threshold was observed in conditions of the MSSW effective hybridization with exchange spin waves, travelling at an angle 90± with respect to the bias magnetic field. }}