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

Измерены амплитудно-частотные и мощностные характеристики периодических 1D и 2D бикомпонентных магнитных метаповерхностей, выполненных на основе диэлектрической ЖИГ матрицы, на поверхности которой располагается 1D/2D решетка магнитных полосок/дисков (резонаторов), выполненных из металлического ферромагнетика (Fe или Co), имеющего гораздо большую величину намагниченности, чем у ЖИГ. Установлено, что как у 1D, так и у 2D периодических бикомпонентных магнитных метаповерхностей (YIG/Fe и YIG/Co), в спектре ПМСВ существуют полосы непропускания, возникновение которых обусловлено двумя различными механизмами. Существование полос непропускания первого типа связано с отражением ПМСВ от периодической структуры (брегговские резонансы), которые отчетливо наблюдаются в спектре ПМСВ при относительно большом периоде структуры. Возникновение полос непропускания второго типа обусловлено поглощением части энергии ПМСВ в 1D или 2D резонаторах вследствие возбуждения в них собственных мод, и такие полосы непропускания наблюдаются как при относительно больших, так и при относительно малых периодах структуры. Аналогичные результаты для малых периодов структуры были получены ранее на бикомпонентной магнитной метаповерхности YIG/Py. 6. Построена нелинейная электродинамическая модель поперечно намагниченной АФМ метаповерхности со свойствами «левой» среды и получены светлые солитоны огибающей на обратных ЭМВ при численном решении нелинейного уравнения Шредингера (НУШ). Параметры НУШ (групповая скорость ОЭМВ, коэффициенты дисперсии и нелинейности), определялись из нелинейного дисперсионного уравнения АФМ метаповерхности. Установлено, что увеличение напряженности внешнего постоянного магнитного поля приводит к сдвигу вверх по частоте дисперсионной характеристики (ДХ) высокочастотной ОЭМВ, а ДХ низкочастотной ОЭМВ, наоборот, сдвигается вниз по частоте. При этом светлые солитоны огибающей, формирующие на двух ОЭМВ, имеют практически одинаковую длительность порядка 1 мкс. Показано, что увеличение периода и радиуса изоляционной оболочки при постоянном радиусе проволоки приводит к увеличению групповых скоростей ОЭМВ более, чем в два раза. В результате этого солитоны огибающих обеих ОЭМВ обладают большими скоростями, однако их длительность не претерпевает существенных изменений при варьировании значений параметров периодической структуры. 7. Построена нелинейная электродинамическая модель поперечно намагниченного АФМ полупроводника со свойствами «левой» среды и получены периодические последовательности светлых солитонов огибающей на ОЭМВ при численном решении НУШ с периодическими граничными условиями. Установлено, что увеличение как концентрации электронов, так и напряженности внешнего постоянного магнитного поля, приводит к сдвигу области существования светлых солитонов огибающей в сторону больших значений волнового числа как для высокочастотной, так и для более низкочастотной ОЭМВ, существующих в ТГц-диапазоне. Показано, что увеличение концентрации электронов приводит к расширению полосы частот обеих ОЭМВ и, как следствие этого, к уменьшению длительности светлых солитонов огибающей. Наименьшая длительность светлых солитонов огибающей порядка 1 нс достигается на более низкочастотной ОЭМВ. Установлено, что увеличение напряженности внешнего постоянного магнитного поля приводит к расширению полосы частот более высокочастотной ОЭМВ и к сужению полосы частот более низкочастотной ОЭМВ. Это дает возможность сформировать светлые солитоны огибающей короткой длительности на высокочастотной ОЭМВ при больших значениях напряженности магнитного поля. 8. Построена нелинейная волновая модель и приближенная электродинамическая модель для периодического бигиротропного материала со свойствами «левой» среды на основе использования метода матриц передачи. Такой материал представляет собой ферромагнитный полупроводник с периодической структурой в виде канавок на его поверхности. Наличие периодичности приводит к формированию в спектре медленных и быстрых ЭМВ брэгговских запрещенных зон, как в микроволновом, так и в терагерцовом диапазонах. Запрещенные зоны в микроволновом диапазоне формируются на медленной обратной ЭМВ, существующей на частотах, где эффективные материальные параметры среды являются дважды отрицательными. Запрещенные зоны в терагерцовом диапазоне формируются на быстрой прямой ЭМВ. В случае медленной ОЭМВ, плотность запрещенных зон уменьшается с увеличением частоты. Действие нелинейности магнитной подсистемы приводит к сдвигу запрещенных зон вниз по частоте, а действие нелинейности электрической подсистемы, наоборот, уменьшает величину этого сдвига.