Multielectrode microantennas for spin waves excitation integrated with a ferrite waveguide

Abstract

Multielectrode microantennas for spin waves integrated with a ferrite waveguide -yttrium iron garnet film - were fabricated and tested. Microantennas of two types were studied: with a parallel connection of conductors - “grating” and with a serial connection of conductors - “meander”. The performance of such microantennas for excitation of magnetostatic surface and backward volumec waves tens of micrometers in length has been demonstrated. It has been shown that for waves with a length of tens of micrometers, high (tens of megahertz) excitation selectivity can be achieved using the “grating” microantennas. Whereas, using the “meander” microantennas for the same wavelength range, it is possible not only to get selectivity, but also to significantly (up to 10 dB) increase the excitation efficiency compared to the microantenna with a single conductor. It is noted that the use of such microantennas for shorter spin waves can be hampered by the mutual influence of microwave fields from neighboring conductors, as well as the increasing role of ohmic losses in conductors.

• spin waves
• excitation of spin waves
• multielectrode antennas for spin waves
• Yttrium iron garnet films

Аннотация (на русском)

Интегрированные с ферритовым волноводом мультиэлектродные микроантены для возбуждения-приема спиновых волн

Изготовлены и протестированы мультиэлектродные микроантенны для спиновых волн интегрированные с ферритовым волноводом - пленкой железоиттриевого граната. Исследованы микроантенны двух типов: с параллельным соединением проводников - «решетка» и с последовательным соединением проводников - «меандр». Продемонстрирована работоспособность подобных микроантенн для возбуждения-приема поверхностной и обратной объемной магнитостатических волн длиной в десятки микрометров. Показано, что для волн длиной в десятки микрометров с помощью микроантенн типа решетка можно обеспечить высокую (десятки мегагерц) селективность возбуждения-приема. Тогда как с использованием микроантенн типа «меандр» для этого же диапазона длин волн удается не только обеспечить селективность, но и существенно (до 10 дБ) повысить эффективность возбуждения-приема по сравнению с микроантенной в виде одиночного проводника. Отмечается, что использованию таких микроантенн для более коротких спиновых волн могут препятствовать взаимное влияние СВЧ полей от соседних проводников, а также возрастающая роль омических потерь в проводниках.

For citation

References

1. Demokritov S.O., Slavin A.N. Magnonics: from fundamentals to applications. - Berlin: Springer-Verlag, 2013. - 262 p.
2. 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. https://doi.org/10.3367/UFNr.0185.201510m.1099
3. Barman A., et al. The 2021 magnonics roadmap // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2021. V. 33(41). - 413001. https://doi.org/10.1088/1361-648X/abec1a
4. Khivintsev Y.V., Filimonov Y.A., Nikitov S.A. Spin wave excitation in yttrium iron garnet films with micron-sized antennas // Applied Physics Letters. - 2015. - V. 106. - 052407. https://doi.org/10.1063/1.4907626
5. Connelly D.A., Csaba G., Aquino H.R.O., Bernstein G.H., Orlov A., Porod W., Chisum J. Efficient electromagnetic transducers for spin-wave devices // Scientific Reports. - 2021. - V. 11(1). - P. 1-14. https://doi.org/10.1038/s41598-021-97627-3
6. Вапнэ Г.М. СВЧ устройства на магнитостатических волнах // Обзоры по электронной технике. Серия. 1. Электроника СВЧ. Вып. 8 (1060). - М.: ЦНИИ "Электроника", 1984. - 80 с.
7. Damon R.W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 1961. V. 19. - P. 308-320. https://doi.org/10.1016/0022-3697(61)90041-5