УПРАВЛЕНИЕ СПЕКТРОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СПИНОВЫХ ВОЛН В ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ НА ОСНОВЕ ЛАТЕРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МАГНИТНЫХ МИКРОВОЛНОВОДОВ
Образец для цитирования:
Проведено исследование гетероструктур, характеристиками которых можно управлять путём изменения статических магнитных и электрических полей. Тонкие плёнки железо-иттриевого граната демонстрируют существенно меньшие значения затухания спиновых волн по сравнению с металлическими магнитными плёнками, например, из пермаллоя. Длина распространения спиновых волн в магнитных микроволноводах и магнонных кристаллах составляет при комнатной температуре величину порядка единиц миллиметров. Использование латеральных магнитных микроструктур представляется важным для разработки элементов межсоединений в планарных топологиях магнонных сетей. Управление перестройкой частоты с помощью магнитного поля для устройств магноники происходит медленно и требует большого расхода энергии. В отличие от этого, электрическая настройка гораздо быстрее. В настоящей работе с помощью численного моделирования, основанного на методе конечных элементов, проведено исследование пространственной динамики гибридных электромагнитных спиновых волн в мультиферроидной гетероструктуре, образованной из параллельно ориентированных ферромагнитных микроволноводов с сегнетоэлектрическим слоем. Показана возможность гибридизации поперечных мод волн, распространяющихся в сегнетоэлектрическом слое, с симметричными и антисимметричными модами латеральной структуры, что обуславливает возможность трансформации дисперсионных характеристик мультиферроидной структуры с помощью изменения электрического поля, приложенного к слою сегнетоэлектрика. Проведено исследование влияния изменения толщины сегнетоэлектрического слоя на электродинамические характеристики волн в гетероструктуре. На основе предложенной в настоящей работе латеральной мультиферроидной структуры представляется возможным создание ответвителей и делителей мощности спин-волновых сигналов с двойным управлением.
1. Anfinogenov V.B., Verbitskaya T.N., Zil’berman P.E., Kazakov G.T., Meriakri S.V., Tikhonov V.V. Resonant interaction of magnetostatic backward volume waves with slow electromagnetic waves in ferrite/ferroelectric structures. Sov. Phys. Tech. Phys. 1990. Vol. 35. 1068.
2. Nikitov S.A., Kalyabin D.V., Lisenkov I.V., Slavin A.N., Barabanenkov Y.N., Osokin S.A., Sadovnikov A.V., Beginin E.N., Morozova M.A., Sharaevsky Y.P., Filimonov Y.A., Khivintsev Y.V., Vysotsky S.L., Sakharov V.K., Pavlov E.S. Magnonics: A new research area in spintronics and spin wave electronics. Phys. Usp. 2015. Vol. 185. 1099.
3. Fetisov Y.K., Srinivasan G. Electric field tuning characteristics of a ferrite-piezoelectric microwave resonator. Applied Physics Letters. 2006. Vol. 88. 143503.
4. Srinivasan G., Fetisov Y.K. Ferrite-piezoelectric layered structures: Microwave magnetoelectric effects and electric field tunable devices. Ferroelectrics. 2006. Vol. 342. Pp. 65–71.
5. Sadovnikov A.V., Grachev A.A., Beginin E.N., Sheshukova S.E., Sharaevskii Yu.P., Nikitov S.A. Voltage-controlled spin-wave coupling in adjacent ferromagnetic-ferroelectric heterostructures. Phys. Rev. Applied. 2017. Vol. 7. 014013.
6. Sadovnikov A.V., Beginin E.N., Bublikov K.V., Grishin S.V., Sheshukova S.E., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Brillouin light scattering study of transverse mode coupling in confined yttrium iron garnet/barium strontium titanate multiferroic. J. Appl. Phys. 2015. Vol. 118. 203906.
7. Demidov V.E., Kalinikos B.A., Karmanenko S., Semenov A., Edenhofer P. Electrical tuning of dispersion characteristics of surface electromagnetic-spin waves propagating in ferrite-ferroelectric layered structures. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2003. Vol. 51. 2090.
8. Chumak A.V., Vasyuchka V.I., Serga A.A., Hillebrands B. Magnon spintronics. Nat. Phys. 2015. Vol. 11. 453.
9. Sadovnikov A.V., Beginin E.N., Sheshukova S.E., Romanenko D.V., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Directional multimode coupler for planar magnonics: Side coupled magnetic stripes. Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 107. 202405.
10. Ustinov A.B., Srinivasan G., Kalinikos B.A. Ferrite-ferroelectric hybrid wave phase shifters. Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 90. 031913.
11. Chumak A.V., Vasyuchka V.I., Serga A.A., Hillebrands B. Magnon spintronics. Nat. Phys. 2015. Vol. 11. 453.
12. Damon R.W., Eschbach J. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab. J. Phys. Chem. Solids. 1961. Vol. 19. 308.
13. Bajpai S.N. Excitation of magnetostatic surface waves: Effect of finite sample width. J. Appl. Phys. 1985. Vol. 58. 910.
14. Gurevich A.G., Melkov G.A. Magnetization Oscillations and Waves. London: CRC Press, 1996.
15. Sadovnikov A.V., Rozhnev A.G. Electrodynamical characteristics of periodic ferro magnetic structures. Izvestiya VUZ. Appl. Nonlinear Dyn. 2012. Vol. 20. Issue 1 (in Russian).
16. Silvester P.P., Ferrari R.L. Finite Elements for Electrical Engineers. Cambridge University Press, 1996.
17. Vashkovskii А.V., Stalmakhov V.S., Sharaevskii Yu.P. Magnetostatic Waves in Micro-wave Electronics. Saratov: SSU, 1993. 312 p. (in Russian).
18. O’Keefe T.W. and Patterson R.W. Magnetostatic surfacewave propagation in finite samples. J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49. 4886.
19. Camley R.E. Nonreciprocal surface waves. Surface Science Reports. 1987. Vol. 7. 103.
20. Haus H. Waves and Fields in Optoelectronics. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1984.
BibTeX
author = {Андрей Андреевич Грачев and Александр Владимирович Садовников},
title = {УПРАВЛЕНИЕ СПЕКТРОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СПИНОВЫХ ВОЛН В ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ НА ОСНОВЕ ЛАТЕРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МАГНИТНЫХ МИКРОВОЛНОВОДОВ},
year = {2017},
journal = {Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика},
volume = {25},number = {5},
url = {https://old-andjournal.sgu.ru/ru/articles/upravlenie-spektrom-elektromagnitnyh-spinovyh-voln-v-geterostrukture-na-osnove-lateralnoy},
address = {Саратов},
language = {russian},
doi = {10.18500/0869-6632-2017-25-5-47-55},pages = {47--55},issn = {0869-6632},
keywords = {Латеральные волноводы,гетероструктура,электромагнитная спиновая волна,устройства с двойным управлением},
abstract = {Проведено исследование гетероструктур, характеристиками которых можно управлять путём изменения статических магнитных и электрических полей. Тонкие плёнки железо-иттриевого граната демонстрируют существенно меньшие значения затухания спиновых волн по сравнению с металлическими магнитными плёнками, например, из пермаллоя. Длина распространения спиновых волн в магнитных микроволноводах и магнонных кристаллах составляет при комнатной температуре величину порядка единиц миллиметров. Использование латеральных магнитных микроструктур представляется важным для разработки элементов межсоединений в планарных топологиях магнонных сетей. Управление перестройкой частоты с помощью магнитного поля для устройств магноники происходит медленно и требует большого расхода энергии. В отличие от этого, электрическая настройка гораздо быстрее. В настоящей работе с помощью численного моделирования, основанного на методе конечных элементов, проведено исследование пространственной динамики гибридных электромагнитных спиновых волн в мультиферроидной гетероструктуре, образованной из параллельно ориентированных ферромагнитных микроволноводов с сегнетоэлектрическим слоем. Показана возможность гибридизации поперечных мод волн, распространяющихся в сегнетоэлектрическом слое, с симметричными и антисимметричными модами латеральной структуры, что обуславливает возможность трансформации дисперсионных характеристик мультиферроидной структуры с помощью изменения электрического поля, приложенного к слою сегнетоэлектрика. Проведено исследование влияния изменения толщины сегнетоэлектрического слоя на электродинамические характеристики волн в гетероструктуре. На основе предложенной в настоящей работе латеральной мультиферроидной структуры представляется возможным создание ответвителей и делителей мощности спин-волновых сигналов с двойным управлением. Скачать полную версию }}