Experimental methods for the study of spin waves

封面

如何引用文章

全文:

详细

Purpose of this paper is to give an overview of various experimental methods for investigation of spin waves characteristics. Methods. The paper presents a description of a number of experimental techniques, such as the probing method, the phase shift method, the method of measure of equiphase dependences, the method of intersecting wave beams, and the use of Fourier analysis of the complex transfer coefficient of spin waves to determine their spatial spectrum. The conditions for using the listed methods and the characteristics of spin waves that one can measure by means of these methods are discussed in detail. Results. The paper presents a number of fundamental results that have been obtained on the basis of described methods. For example, the probing method was successfully used to visualize the amplitude and phase distribution of spin waves in the ferrite film plane and, in particular, it was used to experimentally confirm the previously predicted appearance of super-directed propagation of surface and backward volume spin wave beams. The phase-shift measurement method made it possible to measure the dispersion dependence of spin waves in ferrite structures such as ferrite – metal and ferrite – dielectric – metal, where measurements cannot be made by the probing method. The method of measuring equiphase dependences of spin waves made it possible, in particular, to measure for the first time with great accuracy the value of an external magnetic field magnetizing an yttrium iron garnet film to saturation in various crystallographic directions. The method of intersecting wave beams has made it possible to clarify the mechanism of parametric instability of surface spin waves. Fourier analysis of the complex transfer coefficient of spin waves allowed to determine the spatial spectrum of these waves; in particular, dispersion dependences of higher modes of the backward volume spin wave were first measured using this method. Conclusion. The methods described in this paper may continue to be successfully used for investigations of spin waves characteristics in various magnon crystals, ferrite structures and meta-structures.

作者简介

Sergei Gerus

Fryazino Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences

Pl. Vvedenskogo 1, Zryazino, Moscow Region, 141190, Russia

Edwin Lock

Fryazino Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences

Pl. Vvedenskogo 1, Zryazino, Moscow Region, 141190, Russia

参考

  1. Никитов С. А., Калябин Д. В., Лисенков И. В., Славин А. Н., Барабаненков Ю. Н., Осокин С. А., Садовников А. В., Бегинин Е. Н., Морозова М. А., Шараевский Ю. П., Филимонов Ю. А., Хивинцев Ю. В., Высоцкий С. Л., Сахаров В. К., Павлов Е. С. Магноника - новое направление спинтроники и спин-волновой электроники // Успехи физических наук. 2015. Т. 185, № 10. С. 1099-1128. doi: 10.3367/UFNr.0185.201510m.1099.
  2. Chumak A. V., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Hillebrands B. Magnon spintronics // Nature Physics. 2015. Vol. 11, no. 6. P. 453-461. doi: 10.1038/nphys3347.
  3. Wang X. S., Zhang H. W., Wang X. R. Topological magnonics: A paradigm for spin-wave manipulation and device design // Phys. Rev. Appl. 2018. Vol. 9, no. 2. P. 024029. DOI: 10.1103/ PhysRevApplied.9.024029.
  4. Pirro P., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Hillebrands B. Advances in coherent magnonics // Nat. Rev. Mater. 2021. Vol. 6, no. 12. P. 1114-1135. doi: 10.1038/s41578-021-00332-w.
  5. Barman A., Gubbiotti G., Ladak S. etal. The 2021 magnonics roadmap // Journal of Physics: Condensed Matter. 2021. Vol. 33, no. 41. P. 413001. doi: 10.1088/1361-648x/abec1a.
  6. Chumak A., Kabos P., Wu M. etal. Roadmap on spin-wave computing // IEEE Transactions on Magnetics. 2022. Vol. 58, no. 6. P. 0800172. doi: 10.1109/TMAG.2022.3149664.
  7. Damon R. W., Eshbach J. R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // J. Phys. Chem. Solids. 1961. Vol. 19, no. 3-4. P. 308-320. doi: 10.1016/0022-3697(61)90041-5.
  8. Данилов В. В., Зависляк И. В., Балинский М. Г. Спинволновая электродинамика. Киев: Либiдь, 1991. 211 с.
  9. Вашковский А. В., Стальмахов В. С., Шараевский Ю. П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1993. 312 с.
  10. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Наука, 1994. 464 с.
  11. Kalinikos B. A. Dipole-exchange spin-wave spectrum of magnetic films // In: Cottam M. G. (ed) Linear and Nonlinear Spin Waves in Magnetic Films and Superlattices. Singapore: World Scientific, 1994. P. 89-156.
  12. Гуляев Ю. В., Никитов С. А. Брэгговское отражение ПМСВ от периодического участка поверхности феррита при наклонном падении волны // Физика твердого тела. 1982. Т. 23, № 12. С. 3678-3679.
  13. Вашковский А. В., Гречушкин К. В., Стальмахов А. В. Пространственно-частотные зависимости потока энергии поверхностной магнитостатической волны // Радиотехника и электроника. 1985. Т. 30, № 12. С. 2422-2428.
  14. Вашковский А. В., Шахназарян Д. Г. Отражение поверхностной магнитостатической волны от края магнитной пленки // Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32, № 4. С. 719-723.
  15. Вашковский А. В., Зубков В. И., Локк Э. Г., Щеглов В. И. Влияние неоднородности постоянного магнитного поля на траектории поверхностных магнитостатических волн // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15, № 4. С. 1-4.
  16. Анненков А.Ю., Герус С. В. Исследование распределения поверхностных магнитостатических волн путем сканирования поверхности ферритовой пластины // Радиотехника и электроника. 2012. Т. 57, № 5. С. 572-577.
  17. Анненков А.Ю., Виноградов А. П., Герус С. В., Рыжиков И. А., Шишков С. А. Исследование магнитостатических волн в фотонных кристаллах // Известия РАН. Серия физическая. 2007. Т. 71, № 11. С. 1612-1613.
  18. Герус С. В. Магнитостатические волны в пространственно-периодических и двумерно-неоднородных магнитных полях: дисс. ... д-ра физ.-мат. наук: 01.04.11. М.: ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, 2010. 317 с.
  19. Анненков А.Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Трансформация поверхностных магнитостатических волн, канализируемых ступенчатым полем подмагничивания // Журнал технической физики. 2002. Т. 72, № 6. С. 85-89.
  20. Локк Э. Г. Угловая ширина луча при дифракции на щели волны с неколлинеарными групповой и фазовой скоростями // Успехи физических наук. 2012. Т. 182, № 12. С. 1327-1343. doi: 10.3367/UFNr.0182.201212e.1327.
  21. Локк Э. Г. Угловая ширина волнового пучка обратной спиновой волны, возбуждаемой линейным преобразователем в ферритовой пластине // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60, № 1. С. 102-106. doi: 10.7868/S0033849415010106.
  22. Annenkov A. Y., Gerus S. V., Lock E. H. Superdirectional beam of surface spin wave // Europhysics Letters. 2018. Vol. 123, no. 4. P. 44003. doi: 10.1209/0295-5075/123/44003.
  23. Annenkov A. Y., Gerus S. V., Lock E. H. Superdirected beam of the backward volume spin wave // EPJ Web of Conferences. 2018. Vol. 185. P. 02006. doi: 10.1051/epjconf/201818502006.
  24. Герус С. В., Локк Э. Г., Анненков А.Ю. Влияние однородности магнитного поля, намагничивающего ферритовую пленку, на точность измерения характеристик спиновых волн // Радиотехника и электроника. 2021. Т. 66, № 12. С. 1216-1223. doi: 10.31857/S0033849421120081.
  25. Локк Э. Г. Дисперсия магнитостатических волн в композитной структуре феррит-решетка металлических полосок // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48, № 12. С. 1484-1494.
  26. Зубков В. И., Локк Э. Г., Щеглов В. И. Прохождение поверхностных магнитостатических волн под металлической полосой, расположенной над поверхностью ферритовой пленки // Радиотехника и электроника. 1989. Т. 34, № 7. С. 1381-1384.
  27. Вашковский А. В., Зубков В. И., Лебедь Б. М., Локк Э. Г., Щеглов В. И., Яковлев С. В. Дисперсия поверхностных магнитостатических волн в слоистой структуре феррит-высокотемпературный сверхпроводник // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17, № 9. С. 67-70.
  28. Вашковский А. В., Зубков В. И., Локк Э. Г. Распространение магнитостатических волн в структуре феррит-ВТСП при наличии транспортного тока в сверхпроводнике // Физика твердого тела. 1997. Т. 39, № 12. С. 2195-2202.
  29. Локк Э. Г. Распространение поверхностных магнитостатических волн в композитной структуре феррит-решетка металлических полосок // Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50, № 1. С. 74-81.
  30. Вашковский А. В., Локк Э. Г. О взаимосвязи энергетических и дисперсионных характеристик магнитостатических волн в ферритовых структурах // Успехи физических наук. 2011 Т. 181, № 3. С. 293-304. doi: 10.3367/UFNr.0181.201103c.0293.
  31. Вашковский А. В., Локк Э. Г., Щеглов В. И. Влияние наведенной одноосной анизотропии на доменную структуру и фазовые переходы пленок железоиттриевого граната // Физика твердого тела. 1999. Т. 41, № 11. С. 2034-2041.
  32. Вашковский А. В., Локк Э. Г., Щеглов В. И. Распространение безобменных спиновых волн в ферритовых пленках с доменной структурой // Письма в ЖЭТФ. 1996. Т. 63, № 7. С. 544-548.
  33. Вашковский А. В., Локк Э. Г., Щеглов В. И. Распространение магнитостатических волн в ненасыщенных ферритовых пленках с полосовой доменной структурой // ЖЭТФ. 1997. Т. 111, № 3. С. 1016-1031.
  34. Вашковский А. В., Локк Э. Г., Щеглов В. И. Безобменные спиновые волны в пленках железоиттриевого граната с полосовыми доменами, намагниченность внутри которых ориентирована вблизи плоскости пленки // Микроэлектроника. 1998. Т. 27, № 5. С. 393-395.
  35. Вашковский А. В., Локк Э. Г., Щеглов В. И. Гистерезис характеристик магнитостатических волн в ферритовых пленках с полосовыми доменами, векторы намагниченности которых ориентированы вблизи плоскости пленки // ЖЭТФ. 1998. Т. 114, № 10. С. 1430-1450.
  36. Вашковский А. В., Локк Э. Г. Наблюдение параметрической неустойчивости поверхностной магнитостатической волны // Письма в ЖЭТФ. 1994. Т. 60, № 7. С. 545-548.
  37. Kruglyak V. V., Demokritov S. O., Grundler D. Magnonics // Journal of Physics D: Applied Physics. 2010. Vol. 43, no. 26. P. 264001. doi: 10.1088/0022-3727/43/26/264001.
  38. Sadovnikov A. V., Odintsov S. A., Beginin E. N., Sheshukova S. E., Sharaevskii Y. P., Nikitov S. A. Toward nonlinear magnonics: Intensity-dependent spin-wave switching in insulating side-coupled magnetic stripes // Phys. Rev. B. 2017. Vol. 96, no. 14. P. 144428. DOI: 10.1103/ PhysRevB.96.144428.

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».