Регистрация / Вход
Прислать материал

Дискретная дифракция спиновых волн в решётке магнитных волноводов

Сведения об участнике
ФИО
Грачев Андрей Андреевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Физика и астрономия
Раздел области наук
Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение
Тема
Дискретная дифракция спиновых волн в решётке магнитных волноводов
Резюме
В данной работе проведено исследование процессов дискретной дифракции поверхностных и обратных объёмных СВ в системе латерально связанных ферритовых волноводов численными методами и методом Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии.
Ключевые слова
спиновая волна, ответвитель, связанные структуры
Цели и задачи
Исследование распространения поверхностных магнитостатических волн и обратных объёмных магнитостатических волн в массиве латерально связанных магнитных волноводов, методами численного моделирования и при помощи экспериментальных исследований методом Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии.
Введение

Системы латерально связанных волноведущих структур на основе тонких пленок железо-иттриевого граната (ЖИГ) могут быть использованы как базовые элементы для создания различных устройств функциональной магнитоэлектроники: волноводов, интерферометров, мультиплексоров, фильтров и ответвителей. Перестройка рабочих частот таких устройств внешним магнитным полем и путем изменения коэффициента связи между ферритовыми волноводами, разнообразие типов дисперсии и характера связи распространяющихся спиновых волн, проявление различных нелинейных эффектов (солитонное распространение волн, автомодуляция) позволяют изменять их характеристики и режимы работы в широких пределах.

Методы и материалы

Рассматриваемая система состоит из подложки из галий-гадолиниевого граната, на данной подложке расположены 25 латерально связанных тонкоплёночных волноводов из железо-иттриевого граната (ЖИГ), расположенных на расстоянии 40 мкм друг от друга. Толщина каждого волновода 10 мкм, ширина – 200 мкм, следовательно периодичность данной решётки составляет 240 мкм. Ширина всей структуры в целом составляет 6 мм, а длина 8 мм. 

В рамках данной задачи, будут рассматриваться два вида волн, распространяющиеся в такой решётке, это – поверхностные магнитостатические волны (ПМСВ), которым соответствует нормальная дисперсия и направление внешнего магнитного поля по оси x, и обратные объёмные магнитостатические волны (ООМСВ), которым соответствует аномальная дисперсия и направление внешнего магнитного воля по оси z. Величина внешнего магнитного поля H=1200 Э.

Первым шагом численного моделирования было построение и исследование данной структуры методом конечных элементов (МКЭ) в программном пакете COMSOL Multiphysics. Далее численное моделирование производилось на анализе решений дискретного нелинейного уравнения Шрёдингера (ДНУШ).

Описание и обсуждение результатов

Показано, что полученные дифракционные картины существенным образом зависят от частоты и амплитуды входного сигнала, возбуждаемого в волноводах с n = -2, -1, 0, 1 и 2. Видно, что с ростом частоты увеличивается длина перекачки в волноводах и, следовательно, режим дифракции сменяется на рефракцию пучка магнитостатических волн (МСВ) и далее наблюдается режим, когда пучок распространяется одновременно по пяти волноводам. Также видно, что при увеличении амплитуды входного сигнала на динамику распространения спиновых волн начинает влиять нелинейность, приводящая к формированию дискретного солитона. Методом конечных элементов и конечных разностей во временной области проведен расчет электродинамических характеристик, определен спектр и построены распределения полей и дисперсионные характеристики волноводных мод такой структуры при возбуждении в ней поверхностной спиновых волн. Результаты численного моделирования находятся в хорошем соответствии с данными экспериментального исследования. Экспериментально продемонстрировано явление дискретной дифракции в системе латерально связанных ЖИГ волноводов. Для МСВ показано, что поперечный размер пучка может уменьшаться при увеличении амплитуды волны. Выявлены особенности и условия формирования тёмных и светлых солитонов в случае поверхностных и обратных объёмных МСВ, а именно, показано, что угол направления волнового фронта определяет порог мощности волны, при котором реализуется режим распространения ограниченного в поперечном направлении пучка МСВ.

Используемые источники
1. Lederer F., Stegeman G., Christodoulides D., Assanto G.. Discrete solitons in optics //Phys. Rep. 2008. V. 463. P. 1-126.
2. Кившарь Ю.С, Агравал Г.П. «Оптические солитоны. От волоконных световодов до фотонных кристаллов» М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.
3. Lenk B., Ulrichs H., Garbs F., M. Münzenberg. The building blocks of magnonics // Phys. Rep. 2011. V. 507. P. 107-136.
4. Demokritov S.O., Hillebrands B., Slavin A.N.. Brillouin light scattering studies of confined spin waves: linear and nonlinear confinement // Phys. Rep. 2001. V. 348. P. 441-489.
Information about the project
Surname Name
Grachev Andrey Andreevich
Project title
Discrete diffraction of spin waves in magnonic waveguide lattice
Summary of the project
This report shows the results of investigation of the spin-waves discrete diffraction in the laterally coupled planar YIG waveguide array by numerical analysis and Brillouin light scattering (BLS) spectroscopy.
Keywords
spin wave, coupler, coupled structure