Краевые топологические магнонные состояния в магнитных микро- и наноструктурах

Использование спиновых волн (или магнонов) для создания СВЧ приборов обработки информации доказано многочисленными исследованиями и созданными приборами в последние десятилетия. По сравнению с обычными СВЧ приборами спин-волновые или магнонные приборы имеют расширенные возможности, используя возможность управления свойствами с помощью внешнего магнитного поля и иных воздействий (например, акустических за счет магнитострикции). Более того многие полупроводниковые интегральные технологии могут легко совмещаться с магнонными приборами. Основной недостаток, ограничивающий широкое применение спиновых волн в таких интегральных системах связан с их макроскопическими размерами. В качестве основного элемента таких устройств используются эпитаксиальные пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ). Производить такие пленки в массовом масштабе до недавнего времени было довольно сложно и дорого. Кроме того необходимость использования системы, создающей внешнее магнитное поле также ограничивает их широкое применение. Только недавно технологически удалось создать магнитные микро- и наноструктуры, в которых стали наблюдать спин-волновые явления на микроскопическом уровне. Вследствие значительного уменьшения размеров таких структур исчезла необходимость распространения волн на большие расстояния, что позволило использовать поликристаллические металлические магнитные пленки (ПММП) и поликристаллические пленки ЖИГ как среду для распространения и исследования спиновых волн. В отличие от ЖИГ пленки ПММП могут легко наноситься с помощью магнетронного и/или термического напыления на полупроводниковые подложки, тем самым создавая предпосылки для комбинации полупроводниковых и магнонных приборов в рамках одной интегральной схемы. И вместо того, чтобы использовать систему внешнего магнитного поля при создании микро- и наноразмерных образцов, можно воспользоваться преимуществами ростовой и размерной магнитной анизотропии, что позволит удерживать магнитные моменты элементов таких структур в необходимых для исследования спиновых волн направлениях. В таких микро- и нанообразцах огромную роль, определяющую свойства распространяющихся в них спиновых волн, будут играть границы и поверхность образцов. Вследствие этого возникает задача всестороннего исследования приграничных и поверхностных состояний в таких образцах. Существуют первые работы, предсказывающие возможность существования краевых состояний в таких образцах, определяемых их топологией и свойствами поверхности. В связи с вышеизложенным постановка задачи в рамках данного направления представляется весьма важной и актуальной поскольку предполагается, что в ходе выполнения проекта будут получены ответы на многие вопросы, которые возникают так или иначе при создании таких микро- и нанообъектов для спиновых волн. Если же поставленные в проекте задачи будет решены, то научная и практическая значимость этого будет также весьма велика, поскольку в результате выполнения проекта появится задел и для развития технологий. Настоящий проект направлен на решение фундаментальной задачи, связанной с исследованием краевых эффектов, возникающих при распространении волн различной природы в магнитных микро- и наноструктурах. Основная идея заключается в том, чтобы исследовать и понять природу распространения волн в наноразмерных магнитных структурах, а также разработать подходы для применения наноразмерных динамических магнитных явлений при создании и реализации новой генерации высоко-интегрированных компонентов и приборов для телекоммуникаций и технологий обработки данных. Важной частью исследований предполагается изучение краевых эффектов на границах магнитных микро- и нанообъектов, в том числе связанных с топологией структур. При этом необходимым является: 1) исследование возбуждения, распространения и взаимодействия спиновых и акустических волн в микро- и наноразмерных магнитных структурах, 2) обнаружение путей для эффективного управления взаимодействием волн на микро- и наномасштабах, 3) разработка предпосылок для создания микроскопических аналоговых приборов обработки сигналов и информации для микро- и нанотехнологий и 4) цифровых интегральных приборов и цепей.