Influence of nonlinearity on the Bragg resonances in coupled magnon crystals

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Purpose. The purpose of this paper is to investigate the effect of nonlinearity on formation mechanism and characteristics of Bragg resonances in vertically coupled magnon crystals with periodic groove system on the surface. In this paper a wave model is constructed, a nonlinear dispersion relation for surface magnetostatic waves in such a structure is obtained and the characteristics of each of the Bragg resonances are numerically studied with increasing input signal power. Methods. Theoretical methods of investigation of spin-wave excitations in a wide class of structures with ferromagnetic layers have been used. In particular, the following theoretical models have been used: coupled wave method, long-wave approximation. Results. This paper presents the results of a theoretical investigation of the effect of magnetic nonlinearity on Bragg resonances in a sandwich structure based on magnon crystals with periodic grooves on the surface separated by a dielectric layer. A mechanism for the formation of band gaps at the Bragg resonance frequencies in the presence of media nonlinearity has been revealed. It is shown that with increasing input power the frequency interval between the band gaps decreases. With increasing magnetization difference of magnon crystals, the effect of nonlinear convergence is more pronounced. Conclusion. The identified features extend the capabilities of sandwich structures based on magnon crystals for frequency selective signal processing by controlling the frequency selectivity, both via static coupling parameters, periodicity and layer magnetisation, and dynamically via the input signal power.

Sobre autores

Nikita Lobanov

Saratov State University

ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Oleg Matveev

Saratov State University

ORCID ID: 0000-0003-2320-907X
Código SPIN: 7077-7440
Scopus Author ID: 56662865500
Researcher ID: AAH-7508-2019
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Maria Morozova

Saratov State University

ORCID ID: 0000-0003-4442-2443
Código SPIN: 3380-2790
Scopus Author ID: 35105603000
Researcher ID: AAB-5116-2022
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Bibliografia

  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.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».