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
2019, № 10 · SOLID STATE ELECTRONICS

Features of the propagation of a non-reflected spin wave in YIG films with artificial defects

V.D. Bessonov1, V.S. Teplov1, A.V. Telegin1

1 M.N.Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.10.11 UDC 538.955 EDN UJDJJQ

Abstract

The propagation of total non-reflected spin waves in a film of yttrium iron garnet with artificially created defects is studied using Brillouin light scattering. It is demonstrated that a non-reflected wave forms by the line of artificially created defects. It propagates in the film in the form of a non-diverging beam at a distance of more than 4 mm. A propagating non-reflected spin wave is compared with a caustic wave created by a single defect and a surface magnetostatic wave in the yttrium iron garnet film. It is experimentally confirmed that the effect of complete non-reflection of spin waves is a linear wave effect that occurs at a critical angle between the lines of defects and the external magnetic field for a given frequency of excitation of the microwave signal.

  • спиновые волны
  • неотраженная волна
  • ЖИГ
  • искусственные дефекты
  • Мандельштам-Бриллюэновское рассеяние
  • магноника
  • spin waves
  • non-reflected wave
  • Yig
  • artificial defects
  • Brillouin light scattering
  • magnonics
Аннотация (на русском)

Особенности распространения неотраженной волны в дефектных пленках ЖИГ

Методом Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния света изучены особенности распространения неотражённой волны для плёнки железо-иттриевого граната с искусственно созданной дефектной структурой. Продемонстрировано, что неотражённая волна формируется на линии искусственно созданных дефектов и распространяется в объеме пленки в виде нерасходящегося пучка на расстояние больше 4 мм. Проведено сравнение распространяющейся неотраженной волны с каустической волной, созданной единичным дефектом, и поверхностной магнитостатической волной в пленке. Экспериментально подтверждено, что эффект полного неотражения спиновых волн - это линейный волновой эффект, возникающий при критической величине угла между линий дефектов и внешним магнитным полем для заданной частоты возбуждения СВЧ-сигнала.

For citation

Bessonov V.D., Teplov V.S., Telegin A.V. Features of the propagation of a non-reflected spin wave in YIG films with artificial defects // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.10.11

References

  1. Kruglyak V.V., Demokritov S.O., Grundler D. Magnonics. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. Vol.43. No.26. P.264001(14). DOI: 10.1088/0022-3727/46/13/135003
  2. Вашковский А.В., Стальмахов В.С., Шараевский Ю.П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов. Изд. СГУ. 1993. 312 c.
  3. Demokritov S.O., Slavin A.N. Magnonics: From Fundamentals to Applications. Springer Heidelberg. 2013. 262 p.
  4. White R.M., Nemanich R. J., Conyers Herring. Light scattering from magnetic excitations in orthoferrites. Phys. Rev. B. 1982. Vol. 25. P 1822. DOI: 10.1103/PhysRevB.25.1822
  5. Chumak A.V., Serga A.A., Hillebrands B. Magnon transistor for all-magnon data processing. Nat. Comm. 2014. No.5. P.4700. DOI: 10.1038/ncomms5700
  6. Schneider T., Serga A.A., Leven B., Hillebrands B., Stamps R.L., Kostylev M.P. Realization of spin-wave logic gates. J. Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 92. P. 022505. DOI: 10.1063/1.2834714
  7. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит. 1994. 464 с.
  8. Ахиезер А.И., Барьяхтар В.Г., Пелетминский С.В. Спиновые волны. М.: Наука. 1967. 368 с.
  9. Кобелев А.В., Швачко Ю.Н., Устинов В.В. Угловая зависимость ширины линии ФМР и анизотропия времени релаксации в феррит-гранатах // ФММ. 2016. Т. 117. № 1. С. 11-18.
  10. Demidov V.E., Evelt M., Bessonov V.D., Demokritov S.O., Prieto J.L., Muñoz M., Ben Youssef J., Naletov V.V., De Loubens G., Klein O., Collet M., Bortolotti P., Cros V., Anane A. Direct observation of dynamic modes excited in a magnetic insulator by pure spin current. Scientific Report. 2016. Vol. 6. P. 32781-32786. DOI: 10.1038/srep32781
  11. Morozova M.A., Grishin S.V., Sadovnikov A.V., Sharaevskii Y.P., Nikitov S.A. Magnonic Bandgap Control in Coupled Magnonic Crystals. IEEE Trans. Mag. 2014. Vol. 50, No. 11, Р. 4007204. DOI: 10.1109/TMAG.2014.2321611
  12. Баталов С.В., Шагалов А.Г. Авторезонансное управление солитоном намагниченности. ФММ. 2010. Т. 109. № 1. С. 3-8.
  13. Калиникос Б.А, Ковшиков Н.Г., Славин А.Н. Спин-волновые солитоны в ферромагнитных пленках. Письма в ЖЭТФ. 1984. Т. 10. № 15. С. 936-939.
  14. Sparks M., Loudon R., and Kittel C. Ferromagnetic Relaxation. I. Theory of the Relaxation of the Uniform Precession and the Degenerate Spectrum in Insulators at Low Temperatures. Phys. Rev. 1961. Vol.122. P. 791. DOI: 10.1103/PhysRev.122.791
  15. Demidov V.E., Demokritov S.O., Rott K., Krzysteczko P., Reiss G., Excitation of microwaveguide modes by a stripe antenna. Appl. Phys. Lett. 2007. Vol.91. P.252504. DOI: 10.1063/1.3231875
  16. Вашковский А.В., Шахназарян Д.Г. Отражение поверхностной магнитостатической волны от края магнитной пленки. Радиотехника и электроника. 1987. T. 32. № 4. C. 719-723.
  17. Gieniusz R., Bessonov V.D., Guzowska U., Stognii A.I., Maziewski A. An antidot array as an edge for total non-reflection of spin waves in yttrium iron garnet films. Appl. Phys. Lett. 2014. Vol. 104. P. 082412. DOI: 10.1063/1.4867026
  18. Gieniusz R., Ulrichs H. Bessonov V.D., Guzowska U., Stognii A.I., Maziewski A. single antidot as a passive way to create caustic spin-wave beams in yttrium iron garnet film. Appl. Phys. Lett. 2013. Vol.102, P. 102409. DOI: 10.1063/1.4795293
  19. Demokritov, S.O.; Hillebrands B.; Slavin, A.N. Brillouin light scattering studies of confined spin waves: linear and nonlinear confinement. Physics Reports. 2001.Vol. 348. P. 441-489.
  20. Коттам М.Г., Локвуд Д.Дж. Рассеяние света в магнетиках. М. Изд. Наука. 1991. 272с
  21. Damon R.W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab. J. Phys. Chem. Solids. 1961. Vol.19. P 308. DOI: 10.1016/0022-3697(61)90041-5
  22. Bloembergen N., Shapiro S., Pershan P. S., and Artman J. O. Cross-Relaxation in Spin Systems. Phys. Rev. 1959. Vol. 114, P. 445. DOI:10.1103/PhysRev.114.445
  23. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. т. IV. М.: Наука. 1980. 752 с.
  24. Локк Э. Г. Свойства изочастотных зависимостей и законы геометрической оптики. УФН. 2008. Vol.51. №4. P. 397-417.
  25. Büttner O., Bauer M., Demokritov S.O., Hillebrands B. Linear and nonlinear diffraction of dipolar spin waves in yttrium iron garnet films observed by space- and time-resolved Brillouin light scattering. Physical Review B. 2000. Vol. 61. No. 17. P. 11576-11587. DOI: 10.1103/PhysRevB.61.11576