Nonlinear regimes of spin wave propagation in a waveguide with a one-dimensional hole array

封面

如何引用文章

全文:

详细

Purpose. Investigation of spin-wave signal passage in a system of magnetic microwaves separated from each other by a one-dimensional array of holes. Using numerical and experimental methods to show controlled spatial-frequency selection of the signal in linear and nonlinear modes of operation. Methods. Micromagnetic modeling of the spatial intensity distributions of spin waves. Obtaining S-parameters of spin waves propagating in a tangentially magnetized structure using a vector circuit analyzer. Results. The spatially selective properties of the structure in linear and nonlinear modes are demonstrated using micromagnetic modeling. A mechanism for controlling the frequency range of the Bragg zone is revealed using a vector analyzer. Conclusion. The proposed structure can be used as a functional element in planar topologies of magnon networks and parallel signal processing devices based on them.

作者简介

A. Martyshkin

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0001-7442-0663
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Aleksandr Sadovnikov

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0002-8847-2621
Scopus 作者 ID: 36683238600
Researcher ID: F-6183-2012
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

参考

  1. Bloch F. Zur Theorie des Ferromagnetismus // Zeitschrift fur Physik. 1930. Vol. 61. P. 206–219. doi: 10.1007/BF01339661
  2. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит, 1994. 464 с.
  3. Khitun A., Bao M., Wang K.L. Magnonic logic circuits // Journal of Physics D: Applied Physics. 2010. Vol. 43, no. 26. P. 264005. doi: 10.1088/0022-3727/43/26/264005.
  4. Au Y., Dvornik M., Dmytriiev O., Kruglyak V. V. Nanoscale spin wave valve and phase shifter // Applied Physics Letters. 2012. Vol. 100, iss. 17. P. 172408. doi: 10.1063/1.4705289.
  5. Sadovnikov A. V., Beginin E. N., Sheshukova S. E., Romanenko D. V., Sharaevsky Y. P., Nikitov S. A. Directional multimode coupler for planar magnonics: Side-coupled magnetic stripes // Applied Physics Letters. 2015. Vol. 107, iss. 20. P. 202405. doi: 10.1063/1.4936207.
  6. 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.
  7. Csaba G., Papp A., Porod W. Perspectives of using spin waves for computing and signal processing // Physics Letters A. 2017. Vol. 381, iss. 17. P. 1471–1476. doi: 10.1016/j.physleta. 2017.02.042.
  8. 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. and Winklhofer M. The 2021 magnonics roadmap // Journal of Physics: Condensed Matter. 2021. Vol. 33. P. 413001. doi: 10.1088/1361-648X/abec1a.
  9. Wang Q., Csaba G., Verba R., Chumak A. V., Pirro P. Perspective on Nanoscaled Magnonic Networks // arXiv:2311.06129, 2023. 9 p. doi: 10.48550/arXiv.2311.06129.
  10. Demidov V. E., Urazhdin S., Anane A., Cros V., Demokritov S. O. Spin–orbit-torque magnonics // Journal of Applied Physics. 2020. Vol. 127, iss. 17. P. 170901. doi: 10.1063/5.0007095.
  11. Chumak A. V., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Hillebrands B. Magnon spintronics // Nature Physics. 2015. Vol. 11. P. 453–461. doi: 10.1038/nphys3347.
  12. Sadovnikov A. V., Davies C. S., Kruglyak V. V., Romanenko D. V., Grishin S. V., Beginin E. N., Sharaevskii Y. P., Nikitov S. A. Spin wave propagation in a uniformly biased curved magnonic waveguide // Physical Review B. 2017. Vol. 96, iss. 6. P. 060401(R). doi: 10.1103/PhysRevB. 96.060401.
  13. Kostylev M., Schrader P., Stamps R. L., Gubbiotti G., Carlotti G., Adeyeye A. O., Goolaup S., Singh N. Partial frequency band gap in one-dimensional magnonic crystals // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92, iss. 13. P. 132504–132504-3. doi: 10.1063/1.2904697.
  14. Evelt M., Ochoa H., Dzyapko O., Demidov V. E., Yurgens A., Sun J., Tserkovnyak Y., Bessonov V., Rinkevich A. B., Demokritov S. O. Chiral charge pumping in graphene deposited on a magnetic insulator // Physical Review B. 2017. Vol. 95, iss. 2. P. 024408. doi: 10.1103/PhysRevB.95.024408.
  15. Odintsov S.A., Sadovnikov A.V., Grachev A.A., Beginin E.N., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Spatial-frequency selection of magnetostatic waves in a two-dimensional magnonic crystal lattice // JETP Letters. 2016. Vol. 104, iss. 8. P. 563–567. doi: 10.1134/S0021364016200121.
  16. Collet M., Gladii O., Evelt M., Bessonov V., Soumah L., Bortolotti P., Demokritov S. O., Henry Y., Cros V., Bailleul M., Demidov V. E., Anane A. Spin-wave propagation in ultra-thin YIG based waveguides // Applied Physics Letters. 2017. Vol. 110, iss. 9. P. 092408. doi: 10.1063/1.4976708.
  17. Nikitov S. A., Tailhades Ph., Tsai C. S. Spin waves in periodic magnetic structures—magnonic crystals // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2001. Vol. 236. iss. 3. P. 320–330. doi: 10.1016/S0304-8853(01)00470-X.
  18. Kruglyak V. V., Hicken R. J., Kuchko A. N., Gorobets V. Y. Spin waves in a periodically layered magnetic nanowire // Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 98, iss. 1. P. 014304. DOI: 10.1063/ 1.1935764.
  19. Gubbiotti G., Tacchi S., Carlotti G., Singh N., Goolaup S., Adeyeye A. O., Kostylev M. Collective spin modes in monodimensional magnonic crystals consisting of dipolarly coupled nanowires // Applied Physics Letters 2007. Vol. 90, iss. 9. P. 092503. doi: 10.1063/1.2709909.
  20. Ciubotaru F., Chumak A. V., Obry B., Serga A. A., Hillebrands B. Magnonic band gaps in waveguides with a periodic variation of the saturation magnetization // Physical Review B. 2013. Vol. 88, iss. 13. P. 134406. doi: 10.1103/PhysRevB.88.134406.
  21. Huber R., Grundler D. Ferromagnetic nanodisks for magnonic crystals and waveguides // In: Drouhin H.-J. M., Wegrowe J.-E., Razeghi M. (eds.) Spintronics IV. Vol. 8100. SPIE, 2011. P. 81000D. doi: 10.1117/12.892168.
  22. Klos J. W., Kumar D., Krawczyk M., Barman A. Magnonic band engineering by intrinsic and extrinsic mirror symmetry breaking in antidot spin-wave waveguides // Scientific Reports. 2013. Vol. 3, iss. 1. 2444. doi: 10.1038/srep02444.
  23. Groß F., Zelent M., Gangwar A., Mamica S., Gruszecki P., Werner M., Schutz G., Weigand M., Goering E. J., Back C. H., Krawczyk M., Grafe J. Phase resolved observation of spin wave modes in antidot lattices // Applied Physics Letters. 2021. Vol. 118, iss. 23. P. 232403. DOI: 10.1063/ 5.0045142.
  24. Martyshkin A. A., Odintsov S. A., Gubanova Yu. A., Beginin E. N., Sheshukova S. E., Nikitov S. A., Sadovnikov A. V. Controlled spin-wave transport in a magnon-crystal structure with a one-dimensional array of holes // JETP Letters. 2019. Vol. 110, iss. 8. P. 533–539. DOI: 10.1134/ S0021364019200062.
  25. Sadovnikov A. V., Odintsov S. A., Beginin E. N., Sheshukova S. E., Sharaevskii Yu. P., Nikitov S. A. Toward nonlinear magnonics: Intensity-dependent spin-wave switching in insulating side-coupled magnetic stripes // Physical Review B. 2017. Vol. 96, iss. 14. P. 144428. doi: 10.1103/PhysRevB. 96.144428.
  26. Lenk B., Ulrichs H., Garbs F., Munzenberg M. The building blocks of magnonics // Physics Reports. 2011. Vol. 507, no. 4–5. P. 107–136. doi: 10.1016/j.physrep.2011.06.003.
  27. Vansteenkiste A., Leliaert J., Dvornik M., Helsen M., Garcia-Sanchez F., van Waeyenberge B. The design verification of MuMax3 // AIP Advances 2014. Vol. 4. 107133. doi: 10.1063/1.4899186.
  28. Landau L. D., Lifschitz E. M. On the theory of the dispersion of magnetic permeability in ferromagnetic bodies // Phys. Z. Sowjetunion. 1935. Vol. 8. P. 153–164.
  29. Dvornik M., Kuchko A. N., Kruglyak V. V. Micromagnetic method of s-parameter characterization of magnonic devices // Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 109, iss. 7. 07D350. DOI: 10.1063/ 1.3562519.
  30. Venkat G., Fangohr H., Prabhakar A. Absorbing boundary layers for spin wave micromagnetics // Journal of Magnetism Magnetic Materials. 2018. Vol. 450. P. 34–39. doi: 10.1016/j.jmmm. 2017.06.057.
  31. Damon R. W., Eschbach J. R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1961. Vol. 19, iss. 3–4. P. 308–320. doi: 10.1016/0022-3697(61)90041-5.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

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».