Badanie fal spinowych w planarnych urządzeniach magnonicznych
Loading...
Date
2012-10-18T08:38:38Z
Authors
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Investigation of spin dynamics in planar magnonic devices
Abstract
Głównym celem doktoratu było przystosowanie metody fal płaskich (MFP) i przeprowadzenie obliczeń magnonowej struktury pasmowej planarnych kryształów magnonicznych (KM) o skończonej grubości. Główną trudnością było uwzględnienie niejednorodności wypadkowego pola magnetostatycznego. Cel pracy osiągnięto w trzech etapach: 1) obliczono analitycznie pole magnetostatyczne dla ogólnego przypadku dwuwymiarowego KM; 2) po szeregu przybliżeń wyniki obliczeń włączono do równania ruchu dla układów magnetycznych; 3) otrzymane zagadnienie własne rozwiązano za pomocą odpowiednich procedur numerycznych.
Udoskonaloną MFP przetestowano na licznych przykładach jedno i dwuwymiarowych planarnych KM, porównując wyniki z różnymi danymi doświadczalnymi. Zweryfikowano na przykład magnetostatyczny charakter fal spinowych zaobserwowanych eksperymentalnie w jednowymiarowym KM. Stwierdzono, że w sieciach kwadratowych w postaci jednorodnej warstwy magnetycznej z nawierconymi otworami o rozmiarach nanoskopowych sprzężenie magnetostatyczne modów brzegowych powoduje występowanie minipasm o zaskakująco wysokich wartościach prędkości propagacji. MFP została przystosowana do obliczeń widma fal spinowych w cienkich KM z metalowym ekranem wierzchnim o nieskończonej przewodności.
W niniejszej pracy zaproponowano i zbadano prosty model interferometru falowo-spinowego Macha-Zehndera wykorzystującego w działaniu lokalną niejednorodność efektywnego pola magnetycznego. Omówiono ograniczenia dotyczące rozmiarów i prędkości pracy takiego urządzenia.
One of the main objectives of this thesis is to adapt the plane-wave method (PWM) for the calculation of the magnonic band structure in thin planar magnonic crystals (MCs) by taking into account the nonuniformity of the total magnetostatic field in the system. This task has been done in three stages: 1) the magnetostatic field has been calculated analytically for the most general case of a two-dimensional MC with a planar geometry; 2) with several approximations used, the calculation results have been implemented in the equation of motion for magnetic systems; 3) the final eigenvalue problem has been obtained and solved by using appropriate numerical routines. The improved method has been tested on many examples of planar MCs and compared with various experimental data. For example, in a MC comprised by a one-dimensional periodic set of Co and Py nanostripes with a period of 500 nm the observed SWs have been verified to be of magnetostatic nature. The magnetostatic coupling of edge modes in square antidot lattice structures, represented by a homogeneous magnetic film with periodically drilled nanoholes, has been found to create minibands with strikingly large propagation velocities. The PWM has been also adapted for the calculation of the band structure of metal-covered planar MCs. A simple SW interferometer of the Mach-Zehnder type, employing a local nonuniformity of the effective magnetic field, has been proposed and studied in this thesis. The restrictions concerning the size and the operation speed of such a device when controlled with an external magnetic field have been discussed, too.
One of the main objectives of this thesis is to adapt the plane-wave method (PWM) for the calculation of the magnonic band structure in thin planar magnonic crystals (MCs) by taking into account the nonuniformity of the total magnetostatic field in the system. This task has been done in three stages: 1) the magnetostatic field has been calculated analytically for the most general case of a two-dimensional MC with a planar geometry; 2) with several approximations used, the calculation results have been implemented in the equation of motion for magnetic systems; 3) the final eigenvalue problem has been obtained and solved by using appropriate numerical routines. The improved method has been tested on many examples of planar MCs and compared with various experimental data. For example, in a MC comprised by a one-dimensional periodic set of Co and Py nanostripes with a period of 500 nm the observed SWs have been verified to be of magnetostatic nature. The magnetostatic coupling of edge modes in square antidot lattice structures, represented by a homogeneous magnetic film with periodically drilled nanoholes, has been found to create minibands with strikingly large propagation velocities. The PWM has been also adapted for the calculation of the band structure of metal-covered planar MCs. A simple SW interferometer of the Mach-Zehnder type, employing a local nonuniformity of the effective magnetic field, has been proposed and studied in this thesis. The restrictions concerning the size and the operation speed of such a device when controlled with an external magnetic field have been discussed, too.
Description
Wydział Fizyki
Sponsor
Keywords
Fale spinowe, Spin waves, Planarne kryształy magnoniczne, Planar magnonic crystals, Pole magnetostatyczne, Magnetostatic field, Metoda fal płaskich, Plane-wave method