Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2018, № 11 · SOLID STATE ELECTRONICS

Неоднородные обменные спиновые волны в задачах рассеяния

V.D. Poimanov1, V.V. Krugliak2, V.G. Shavrov3

1 Донецкий Национальный Университет, 83001, Донецк, ул. Университетская, 24, Russia
2 Университет города Эксетер, Великобритания, United Kingdom
3 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.11.17 EDN YRQKHR

Abstract

The paper studies the scattering of exchange spin waves at the interface of semi-infinite magnets with a uniform ground state. The conditions for the formation of inhomogeneous exchange spin waves (GSSB) corresponding to the imaginary roots of the characteristic equation are considered. Such solutions arise in biaxial magnets, in which axial symmetry is absent, which leads to the elliptical precession of magnetization. The effect is considered for the case of small ellipticities of precession in the framework of perturbation theory. The amplitude reflection and transmission coefficients were obtained and their analysis was performed. It is shown that, depending on the frequency ratio of homogeneous FMR in contacting ferromagnets, the frequency dependence of the reflection coefficient can be monotonic or have a minimum. The origin of the latter can be traced to the condition of equality of the wave impedances in the limiting case of circular precession. At the same time, the introduction of wave impedances into consideration in the case of elliptical precession is not possible. The frequency dependence of the transmission coefficient always remains monotonous.

  • двуосный ферромагнетик
  • неоднородные спиновые волны
  • эллиптичность
  • граничные условия
  • biaxial ferromagnet
  • inhomogeneous spin waves
  • ellipticity
  • boundary conditions
Аннотация (на русском)

Неоднородные обменные спиновые волны в задачах рассеяния

В работе исследовано рассеяние обменных спиновых волн на границе раздела полубесконечных магнетиков с однородным основным состоянием. Рассмотрены условия формирования неоднородных обменных спиновых волн (НОСВ), соответствующих мнимым корням характеристического уравнения. Такие решения возникают в двуосных магнетиках, в которых отсутствует аксиальная симметрия, что приводит к эллиптической прецессии намагниченности. Эффект рассмотрен для случая малых эллиптичностей прецессии в рамках теории возмущений. Получены амплитудные коэффициенты отражения и прохождения и проведен их анализ. Показано, что в зависимости от соотношения частот однородного ФМР в соприкасающихся ферромагнетиках, частотная зависимость коэффициента отражения может быть монотонной или же иметь минимум. Происхождение последнего может быть отслежено к условию равенства волновых импедансов в предельном случае циркулярной прецессии. В то же время, введение в рассмотрение волновых импедансов в случае эллиптической прецессии не представляется возможным. Частотная зависимость коэффициента прохождения всегда остается монотонной.

For citation

Poimanov V.D., Krugliak V.V., Shavrov V.G. Неоднородные обменные спиновые волны в задачах рассеяния // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.11.17

References

  1. 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. // Physics-Uspekhi. 2015. V. 58. P.1002.
  2. Nikitov S.A., Tailhades P., Tsai C.S. Spin waves in periodic magnetic structures - magnonic crystals // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2001. V. 236. P.320.
  3. Dzyaloshinsky I.E. A thermodynamic theory of weak ferromagnetism of antiferromagnetics // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1958. V. 4. P.241.
  4. Барьяхтар В.Г., Стефановский Е.П. Спектр спиновых волн в антиферромагнетиках со спиральной структурой // Физика твердого тела. 1969. Т. 11, N. 7. С.1946-1952.
  5. Davies C.S., Kruglyak V.V. Graded-index magnonics. // Low Temperature Physics. 2015. V. 41. P.976.
  6. Elachi C. Magnetic wave-propagation a periodic medium // IEEE MAG-11. 1975. P.36.
  7. Gulayev Y.V., Nikitov S.A., Plesskii V.P. Magnetostatic wave-propagation in a normally magnetized ferrite plate with periodically non-flat surfaces. // Fizika Tverdogo Tela. 1980. V. 22. P.2831.
  8. Beginin E.N., Filimonov Y.A., Pavlov E.S., Vysotskii S.L., Nikitov S.A. Bragg resonances of magnetostatic surface spin waves in a layered structure: Magnonic crystal-dielectric-metal // Applied Physics Letters. 2012. V. 100. P.252412.
  9. Filimonov Y.A., Pavlov E., Vystostkii S.L., Nikitov S.A. Magnetostatic surface wave propagation in a one-dimensional magnonic crystal with broken translational symmetry // Applied Physics Letters. 2012. V. 101. P.242408.
  10. Dzian S.A., Ivanov B.A. Collective oscillations of the magnetic moments of a chain of spherical magnetic nanoparticles with uniaxial magnetic anisotropy. // Journal of Eksperimental and Theoretical Physics. 2013. V. 116. P.975.
  11. Morozova M.A., Grishin S.V., Sadovnikov A.V., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Magnonic bandgap control in coupled magnonic crystals. // IEEE Transactions on Magnetics. 2014. V. 50. P.4007204.
  12. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Магнитостатические волны в неоднородных полях // М.: Физматлит. 2016. 359с.
  13. Вашковский А.В., Стальмахов В.С., Шараевский Ю.П. Магнитостатические волны в электронике СВЧ. // Саратов. 1993. 314 с.
  14. Ignatchenko V.A., Mankov Y.I., Maradudin A.A. The spectrum and damping of waves in partially randomized multilayers. // Journal of Physics: Condensed Matter. 1999. V. 11. P.2773.
  15. Ignatchenko V.A., Tsikalov D.S. Spin waves in multilayers with different magnitudes of the magnetization, exchange, and anisotropy. // Solid State Phenom. 2012. V. 190. P.71.
  16. Gorobets Y.I., Kuchko A.N., Reshetnyak S.A. Reflection of spin waves in multilayered materials with modulated magnetic parameters. // Fizika Tverdogo Tela. 1996. V. 38. P.575.
  17. Tkachenko V.S., Kruglyak V.V., Kuchko A.N. Spectrum and reflection of spin waves in magnonic crystals with different interface profiles. // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. P.024425.
  18. Dvornik M., Kuchko A.N., Kruglyak V.V. Micromagnetic method of s-parameter characterization of magnonic devices. // Journal of Applied Physics. 2011. V. 109. P.07D350.
  19. 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. V. 96. P.060401.
  20. Tkachenko V.S., Kuchko A.N., Dvornik M., Kruglyak V.V. Propagation and scattering of spin waves in curved magnonic waveguides. // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P.152402.
  21. Au Y., Dvornik M., Dmytriiev O., Kruglyak V.V. Nanoscale spin wave valve and phase shifter. // Applied Physics Letters. 2012. V. 100. P.172408.
  22. Горобец Ю.И., Решетняк С.А. Отражение и преломление спиновых волн в одноосных магнетиках в приближении геометрической оптики. // Журнал технической физики. 1998. Т. 68б. N2. С.60-63.
  23. Решетняк С.А. Преломление поверхностных спиновых волн в пространственно неоднородных ферродиэлектриках с двуосной магнитной анизотропией. // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. N6. С.1031-1037.
  24. Dadoenkova Yu.S., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii I.L., Sokolovskyy M.L., Kłos J.W., Romero-Vivas J., Krawczyk M. Huge Goos-Hanchen effect for spin waves: A promising tool for study magnetic properties an interfaces. // Applied Physics Letters. 2015. V. 101. P.042404.
  25. Кругляк В.В., Кучко А.Н., Финохин В.И. Спектр спиновых волн в идеальном мультислойном магнетике при модуляции всех параметров уравнения Ландау-Лифшица. // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. N5. С.842-845.
  26. Борн М., Вольф Э. Основы оптики // М.: Наука, 1973. 713с.
  27. Саланский Н.М., Ерухимов М.Ш. Физические свойства и применение тонких плёнок. // Новосибирск: Наука. 1975. 222с.
  28. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. // М.: Наука. 1973. 343с.