Спин-волновой транспорт в реконфигурируемых структурах ферромагнетик/антиферромагнетик для невзаимных устройств мультиплексирования информационного сигнала

Исследовательский проект направлен на изучение и создание композитных магнонных структур с возможностью управления локальным магнитным полем и тепловыми эффектами. Одной из ключевых задач второго года работы над проектомявляется анализ свойств многослойных структур Fe-Rh/ЖИГ (железо-иттриевый гранат) с учетом невзаимности спиновых волн и разработка способов контроля их характеристик для создания функциональных устройств на основе магнонов. Во втором году работы над проектом были созданы математические модели сложных структур Fe-Rh/ЖИГ, учитывающие поведение спиновых волн при фазовом переходе первого рода в слое Fe-Rh. Использование программного обеспечения COMSOL Multiphysics позволило учесть неоднородности магнитного поля и намагниченность, что имеет важное значение для исследования возникновения запрещенных зон и воздействия невзаимосвязи спиновых волн. Проведенные расчеты показали, что температурный диапазон от 300 до 400 К позволяет успешно контролировать спектр спиновых волн благодаря фазовому переходу Fe-Rh из антиферромагнитного состояния в ферромагнитное состояние. Были определены лучшие условия для фильтрации и обработки сигналов с возможностью управления демультиплексированием в пространственно-частотном режиме. Для создания экспериментальных образцов был использован метод магнетронного напыления сформировать слои Fe-Rh с высокой степенью кристаллической упорядоченности. Параллельно проведено численное моделирование влияния структуры магнонного кристалла (МК) на формирование запрещённых зон в ферромагнитных плёнках. Изучены параметры периодических каналов для создания МК и их влияние на характеристики дисперсии спиновых волн. Экспериментальные исследования методом Бриллюэновской спектроскопии Мандельштама (BLS) подтвердили полученные теоретические данные и показали изменение частотной области запрещённых зон в зависимости от температуры и геометрии структуры. Показано, что величина разности центральных частот стоксового и антистоксового пика в спектре неупругого рассеяния меняет знак вблизи точки перехода, при изменении фазы FeRh, при этом разность между величинами ширин стоксового и антистоксового пиков также меняется вблизи точки перехода. При этом оказывается возможным контроль частоты резонанса в слое FeRh, что далее будет использоваться для управления частотами и режимами распространения спиновых волн в структурах на основе пленок YIG/FeRh. Применение точной лазерной абляции для создания микроволновых волноводов обеспечивает необходимую точность и стабильность формы для изучения динамики спиновых волн. Особое внимание было уделено изучению термически возбужденных магнонов. Лазерный нагрев слоя Fe-Rh позволил наблюдать фазовые переходы и их влияние на параметры спиновых волн. Установлено, что локальное изменение температуры в слое Fe-Rh приводит к контролируемому изменению спектра спиновых волн, включая сдвиг частотных диапазонов и расширение запрещённых зон. Эксперименты показали, что охлаждение восстанавливает исходные параметры структуры, подтверждая обратимость процесса. Эти результаты открывают перспективы разработки магнонных устройств с высокой точностью управления, таких как фильтры и переключатели. Результаты второго года включают интеграцию системы прецизионных подвижек для экспериментов с BLS, что обеспечило точное позиционирование образцов и повышение воспроизводимости измерений. Кроме того, проведён комплексный анализ пространственно-частотных характеристик спиновых волн, что позволило сформировать научно-технический задел для создания энергоэффективных магнонных устройств. Научные результаты второго года работы над проектом демонстрируют значительный прогресс в создании магнонных структур для применения в телекоммуникациях, квантовых вычислениях и микроэлектронике. Разработанные методы управления и созданные устройства закладывают основу для последующих исследований и интеграции магнонных технологий в современные электронные системы.