Управляемые спин-поляризованным током устройства магноники на основе ультра-тонких ферромагнитных микро- и наноструктур для обработки информационных сигналов

Отчет содержит результаты исследований, выполненных в соответствии со следующим планом: 2019 г. 1. Построение линейной и нелинейной волновых моделей для исследования особенностей распространения магнитостатических спиновых волн (МСВ) в одномерной суперрешетке на основе магнонного кристалла нанометровой толщины и исследование механизма формирования запрещенных зон в нормально и касательно намагниченной ферромагнитной пленке. Разработка макета одномерной структуры в виде суперрешетки на основе ферромагнитной пленки нанометровой толщины и проведение экспериментальных исследований радиофизическими методами и методом БЛС, направленных на выявление особенностей распространения спиновых волн в таких структурах при различных уровнях входной мощности. Проведено сравнение теоретических результатов с полученными экспериментальными данными. Построение нелинейной волновой модели для исследования особенностей распространения магнитостатических спиновых волн в слоистой структуре на основе двух ферромагнитных плёнок с платиновыми слоями на их поверхности. Исследование механизма влияния спинового тока на нелинейную перекачку мощности между слоями структуры при большой мощности входного сигнала. 2. Разработка и создание лабораторного макета кольцевого генератора хаотических многосолитонных комплексов, в цепи обратной связи которого используются управляемый током магнонный кристалл нанометровой толщины с динамическим line-дефектом и пассивный/активный резонатор, настроенный на частоту запрещенной зоны МК. Демонстрация возможности управления режимами генерации многосолитонных комплексов за счет изменения уровня мощности сигнала в кольце, а также величины и полярности постоянного тока в области динамического line-дефекта. 3. Будет разработан метод расчета коэффициентов связи между волноводными и резонансными подсистемами с учетом геометрических размеров, материальных параметров магнитной среды и электродинамических граничных условий. Будет разработан метод расчета передаточных характеристик системы «волновод-резонатор» и параметров резонанса Фано с учетом невзаимного распространения спиновых волн. Проведение расчетов параметров резонанса Фано с латеральным типом связи и резонатором прямоугольной формы. Будет разработан экспериментальный макет системы «волновод-резонатор» с латеральными и межслойными связями и изменяемыми электродинамическими условиями. Проведение численного моделирования (на основе методов конечных элементов и конечных разностей) процессов генерации, распространения и пространственно-временной динамики спиновых волн в наноразмерных связанных латеральных структурах со слоем платины. Будут созданы экспериментальные макеты на основе многослойных структур и проведено экспериментальное исследование спин-волнового транспорта в рассматриваемой структуре методом Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии (МБС). 2020 г. 1. Построение волновой модели для исследования особенностей распространения магнитостатических спиновых волн магнонном кристалле с периодическими граничными условиями в виде металлических полосок. Исследование механизма формирования запрещенных зон под действием электрического тока (в случае полосок микронной толщины) и под действием спин поляризованного тока (в случае платиновых полосок нанометровой толщины). Разработка макетов магнонного кристалла на основе плёнки ЖИГ с периодической системой медных полосок микронной толщины и периодической системой платиновых полосок нанометровой толщины. Проведение экспериментальных исследований радиофизическими методами и методом БЛС, направленных на выявление особенностей формирования запрещенных зон под действием электрического тока и спин поляризованного тока. Разработка макета слоистой структуры на основе двух плёнок нанометровой толщины ЖИГ со слоями платины на их поверхности. Проведение экспериментальных исследований радиофизическими методами и методом БЛС, направленных на выявление влияния тока в платине на нелинейную перекачку мощности в такой структуре. Проведение сравнения теоретических результатов с полученными экспериментальными данными. 2. Построение модели кольцевого генератора хаотических многосолитонных комплексов, в цепи обратной связи которого помимо управляемого током магнонного кристалла на основе нанометровой пленки YIG/Pt с динамическим line-дефектом используется объемный резонатор. На основе разработанной модели проведение численного моделирования режимов генерации многосолитонных комплексов и выявление основных физических механизмов, принимающих участие в формировании указанных диссипативных структур. Проведение сравнения теоретических результатов с полученными на предыдущем этапе экспериментальными данными. 3. Проведение расчетов передаточных характеристик системы типа «волновод-резонатор» и параметров резонанса Фано по предложенной модели в зависимости от геометрии системы, материальных параметров и электродинамических граничных условий в случае межслойной связи исследуемых подсистем. Проведение экспериментальных исследований макета передаточных характеристик системы типа «волновод-резонатор» и параметров резонанса Фано в широком диапазоне изменения магнитных полей, вариации граничных условий при различных типах связи. Сравнение полученных теоретических и экспериментальных результатов.