Метаповерхности для управления спин-волновыми процессами в магнитных микро- и наноразмерных структурах

Отчет содержит результаты решения следующих задач: 2019 год 1. Разработка и создание 1D и 2Dпериодических решеток (сетчатый метаматериал с конфигурацией типа рыболовной сетки с квадратными ячейками размерами 100 мкм x100 мкм, 10 мкм x10 мкм, 1 мкм x1 мкм и 0.1 мкм x0.1 мкм) из проводящих (Au), магнитных (Ni81Fe19) и полупроводниковых (Si)полосок толщиной 0.1 мкм, расположенных на поверхности пленок железо-иттриевого граната и стеклянных подложек. 2. Проведение экспериментальных исследований амплитудно- и фазочастотных характеристик структур «пленка ЖИГ – 1D решетка», «пленка ЖИГ – 2D решетка», «магнонный кристалл – стеклянная подложка с 1D решеткой» и «магнонный кристалл – стеклянная подложка с 2D решеткой» в линейном и нелинейном режимах. 3. Проведение экспериментальных исследований режимов генерации солитоноподобных импульсов в кольцевой автоколебательной системе с ферромагнитными метаструктурами. 4. Разработка строгих электродинамических моделей «ферромагнитная пленка – диэлектрик с отрицательной диэлектрической проницаемостью» и «ферромагнитная пленка – полупроводник с отрицательной диэлектрической проницаемостью». По разработанным моделям проведение расчетов дисперсионных характеристик быстрых и медленных электромагнитных волн. 5. Разработка волновых моделей и приближенных электродинамических моделей для расчета пространственно-волновой эволюции амплитуды огибающей и дисперсионных характеристик МСВ в структурах на основе плёнок ЖИГ и 1D метаповерхности из полупроводникового/проводящего материала. Исследование влияние проводимости и движения зарядов в предложенных метаповерхностях на характер спин волновых процессов в таких структурах. 6. Моделирование в ComsolMultiphysicsячейки метаструктур типа «пленка ЖИГ – 1D решетка» и «пленка ЖИГ – 2D решетка». 2020 год 1. Разработка и создание двумерной сетки из разрезных наноразмерных резонаторов и соединенных спиралевидных наноразмерных резонаторов, выполненных из проводящих (Au), магнитных (Ni81Fe19) и полупроводниковых (Si) материалов, расположенных на поверхности пленок железо-иттриевого граната и стеклянных подложек. 2. Проведение экспериментальных исследований амплитудно- и фазочастотных характеристик структур «пленка ЖИГ – двумерная сетка из резонаторов» и «магнонный кристалл – стек-лянная подложка с двумерной сеткой из резонаторов» в линейном и нелинейном режимах. 3. Модернизация комплекса Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии для послойного исследования распределения динамической намагниченности спиновых волн в различных слоях ферромагнитных метаструктур. 4. Разработка параметрической волновой модели для структуры «ферромагнитная пленка – левая среда» и проведение численных исследований параметрического спин-волнового взаимодействия в такой структуре. 5. Разработка строгих электродинамических моделей «ферромагнитная пленка – диэлектрик с отрицательной магнитной проницаемостью» и «ферромагнитная пленка – полупроводник с отрицательной магнитной проницаемостью». По разработанным моделям проведение расчетов дисперсионных характеристик быстрых и медленных электромагнитных волн. 6. Разработка волновых моделей и приближенных электродинамических моделей для расчета пространственно-волновой эволюции амплитуды огибающей и дисперсионных характеристик МСВ в структурах на основе плёнок ЖИГ и метаповерхностей виде решетки из плоских спиральных резонаторов. Исследование влияние характеристик резонаторов на характер спин волновых процессов в таких структурах. 7. Моделирование в Comsol Multiphysics ячейки метаструктуры «пленка ЖИГ – двумерная сетка из резонаторов». 2021 год 1. Разработка и создание трехслойного сетчатого (с конфигурацией типа рыболовной сетки с квадратными ячейками размерами 100 мкм x100 мкм, 10 мкм x10 мкм, 1 мкм x1 мкм и 0.1 мкм x0.1 мкм) метаматериала, первый и третий слои которого состоят из проводящего материала (Au или Ag), ав качестве второго (промежуточного) слоя выступает сетка из диэлектрика (Al2O3) или сегнетоэлектрика - ниобата лития (LiNbO3) или титаната бария-стронция (Ba0.8Sr0.2TiO3). 2. Проведение экспериментальных исследований амплитудно- и фазочастотных характеристик структур «пленка ЖИГ – трехслойная сетчатая метаповерхность» и «пленка ЖИГ – трехслойная сетчатая метаповерхность – магнонный кристалл» в линейном и нелинейном режимах. 3. Проведение экспериментальных исследований на основе комплекса Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии динамики намагниченности в структурах основе плёнок ЖИГ, нагруженных на метаповерхности, выполненные из полупроводниковых и сегнетоэлектрических материалов. 4. Разработка строгой электродинамической модели «ферромагнитная пленка – сегнетоэлектрик с отрицательной диэлектрической проницаемостью» и проведение по ней расчетов дисперсионных характеристик быстрых и медленных электромагнитных волн. 5. Разработка волновых моделей и приближенных электродинамических моделей для расчета пространственно-волновой эволюции амплитуды огибающей и дисперсионных характеристик МСВ в структурах на основе плёнок ЖИГ и 1D метаповерхности из сегнетоэлектрического материала. Исследование влияния электрически управляемых метаповерхностей на характер спин волновых процессов в таких структурах. 6. Разработка и создание программы численного моделирования многослойных метаповерхностей. Программа будет реализована на основе решателей численного пакета Comsol Multiphysics, совместно с уравнениями Максвелла и уравнением Ландау-Лифшица. 2022 год 1. Разработка и создание многослойных структур, состоящих из нанометровых слоев платины и контактирующих с ними однородных и периодических структур из супертонких пленок ЖИГ нанометровой толщины, нанесенных на поверхность пленок ЖИГ микронной толщины. 2. Проведение экспериментальных исследований амплитудно- и фазочастотных характеристик структур «пленка ЖИГ микронной толщины – супертонкая пленка ЖИГ - платина» и «пленка ЖИГ микронной толщины – МК из супертонкой пленки ЖИГ - платина» в отсутствие и при наличии спин-поляризованного тока. 3. Разработка строгой электродинамической модели «ферромагнитная пленка – левая среда в присутствии спин-поляризованного тока» и проведение по ней расчетов дисперсионных характеристик быстрых и медленных электромагнитных волн. 4. Разработка волновых моделей и приближенных электродинамических моделей для расчета пространственно-волновой эволюции амплитуды огибающей и дисперсионных характеристик МСВ в структурах на основе плёнок ЖИГ, с периодической метаповерхностью в виде системы канавок и слоя платины. Исследование влияния обратного спин Холл эффекта и характеристик спин-поляризованного тока в платине на характер спин-волновых процессов в такой структуре. 5. Моделирование в Comsol Multiphysics пленки ЖИГ в присутствии спин-поляризованного тока.