Краевые топологические магнонные состояния в магнитных микро- и наноструктурах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 14-19-00760

НазваниеКраевые топологические магнонные состояния в магнитных микро- и наноструктурах

Руководитель Никитов Сергей Аполлонович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-701 - Электронная элементная база информационных систем

Ключевые слова Магнитные микро- и наноструктуры, магнонные кристаллы, краевые эффекты, топологические изоляторы, железо-иттриевый гранат, бриллюэновское рассеяние,спинтроника, магноника

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Барабаненков Ю.Н., Калябин Д.В., Никитов С.А. Краевые моды спиновых волн в кольцевом массиве магнитных включений в ферромагнитной матрице Нелинейный мир, №2, т. 13 (год публикации - 2015)

2. A. V. Sadovnikov, E. N. Beginin, S. E. Sheshukova, D. V. Romanenko, Yu. P. Sharaevskii, and S. A. Nikitov Directional multimode coupler for planar magnonics: Side-coupled magnetic stripes APPLIED PHYSICS LETTERS, 107, 202405 (2015) (год публикации - 2015)
10.1063/1.4936207

3. Урманчеев Р.В., Калябин Д.В., Никитов С.А. Propagation of a magnetostatic surface spin wave through a finite magnonic crystal Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 401, 50-55 (год публикации - 2016)
10.1016/j.jmmm.2015.10.009

4. А. В. Садовников, К. В. Бубликов, Е. Н. Бегинин, С. Е. Шешукова, Ю. П. Шараевский, С. А. Никитов Невзаимное распространение гибридных электромагнитных волн в слоистой структуре феррит–сегнетоэлектрик конечной ширины Письма в ЖЭТФ, том 102, вып. 3, с. 167 – 172 (год публикации - 2015)
10.7868/S0370274X15150035

5. Ivan Lisenkov, Vasyl Tyberkevych, Sergei Nikitov and Andrei Slavin Electrodynamic boundary conditions for planar arrays of thin magnetic elements APPLIED PHYSICS LETTERS, 107, 082405 (год публикации - 2015)
10.1063/1.4929154

6. C. S. Davies, A. Francis, A. V. Sadovnikov, S. V. Chertopalov, M. T. Bryan, S. V. Grishin, D. A. Allwood, Y. P. Sharaevskii, S. A. Nikitov, and V. V. Kruglyak Towards graded-index magnonics: Steering spin waves in magnonic networks Physical Review B, 92, 020408(R) (2015) (год публикации - 2015)
10.1103/PhysRevB.92.020408

7. Луис С., Лисенков И.В., Никитов С.А., Тиберкевич В.С., Славин А.Н. Bias-free spin-wave phase shifter for magnonic logic AIP Advances, Volume 8, issue 8 (год публикации - 2016)
10.1063/1.4953395

8. Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Морозова М.А., Шараевский Ю.П., Гришин С.В., Шешукова С.Е., Никитов С.А. Nonlinear spin wave coupling in adjacent magnonic crystals APPLIED PHYSICS LETTERS, Том: 109 Выпуск: 4 Номер статьи: 042407 (год публикации - 2016)
10.1063/1.4960195

9. Ivan Lisenkov, Vasyl Tyberkevych, Andrei Slavin, Pavel Bondarenko, Boris A. Ivanov, Elena Bankowski, Thomas Meitzler, Sergey Nikitov Spin-wave edge modes in finite arrays of dipolarly coupled magnetic nanopillars Phys. Rev. B, V 90 , pp 104417, (2014) (год публикации - 2014)
10.1103/PhysRevB.90.104417

10. I. Lisenkov, D. Kalyabin, S. Osokin, J.W. Klos, M. Krawczyk, S. Nikitov Nonreciprocity of edge modes in 1D magnonic crystal Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 378, 15 March 2015, Pages 313-319 (год публикации - 2015)
10.1016/j.jmmm.2014.10.073

11. Барабаненков Ю.Н., Осокин С.А., Калябин Д.В., Никитов С.А. Radiation losses and dark mode for spin-wave propagation through a discrete magnetic micro-waveguide PHYSICAL REVIEW B, Том: 94 Выпуск: 18 (год публикации - 2016)
10.1103/PhysRevB.94.184409

12. Бубликов К.В., Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Шараевский Ю.П., Никитов С.А. Влияние металла на характеристики поперечных мод гибридных волн в слоистой структуре феррит-сегнетоэлектрик Письма в ЖТФ, том 42, выпуск 9 (год публикации - 2016)
10.1134/S1063785016050059

13. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В. ОДНОМЕРНЫЕ СВЧ ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ. НОВЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Издательство Саратовского университета, Саратов (год публикации - 2016)

14. Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Одинцов С.А., Шешукова С.Е., Шараевский Ю.П., Стогний А.И., Никитов С.А. Frequency selective tunable spin wave channeling in the magnonic network APPLIED PHYSICS LETTERS, Том: 108 Выпуск: 17 Номер статьи: 172411 (год публикации - 2016)
10.1063/1.4948381

15. Калябин Д.В., Лисенков И.В., Осокин С.А., Никитов С.А. Невзаимность спиновых волн в 1D магнонном кристалле Нелинейный мир, №2, т. 13 (год публикации - 2015)

16. Борисенко И.В., Демидов В.В., Климов А.А., Овсянников Г.А., Константинян К.И., Никитов С.А., Преображенский В.Л., Тирселин Н., Пернод Ф. Магнитное взаимодействие в гетероструктуре манганит/интерметаллид Письма в ЖТФ, Выпуск 3 (год публикации - 2016)
10.1134/S1063785016020048

17. Yuri Barabanenkov, Sergey Osokin, Dmitry Kalyabin, and Sergey Nikitov Spin-wave bound modes in a circular array of magnetic inclusions embedded into a metallized ferromagnetic thin-film matrix Physical review B, 91, 214419 (год публикации - 2015)
10.1103/PhysRevB.91.214419

18. A.N. Litvinenko, A.V. Sadovnikov, V.V. Tikhonov and S.A. Nikitov Brillouin Light Scattering Spectroscopy in Thin Film YIG/GGG Square Resonator of Magneto-acoustic Resonances IEEE MAGNETICS LETTERS, Volume 6 (год публикации - 2015)
10.1109/LMAG.2015.2494008

19. Никитов С.А., Калябин Д.В., Лисенков И.В., Барабаненков Ю.Н., Осокин С.А., Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Морозова М.А., Шараевский Ю.П., Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В., Высоцкий С.Л., Сахаров В.К., Павлов Е.С. Магноника - новое направление спинтроники и спинволновой электроники Успехи физических наук, Том 185, № 10, 1099-1128 (год публикации - 2015)
10.3367/UFNr.0185.201510m.1099

20. А.М. Чурбанов, А.А. Климов, А.В. Садовников, Е.Н. Бегинин, С.А. Никитов, В.Л. Преображенский, Н. Тирселен, Ф. Перно Поверхностные магнитостатические волны в слоистой среде феррит-ферромагнитный металл на основе эпитаксиальных пленок железо-иттриевого граната и наноструктурTbCo2/FeC Радиотехника и электроника, №9. Т.60. C. 944 (год публикации - 2015)
10.7868/S0033849415090028

21. Лисенков И.В., Тиберкевич В.С., Никиктов С.А., Славин А.Н. Theoretical formalism for collective spin-wave edge excitations in arrays of dipolarly interacting magnetic nanodots PHYSICAL REVIEW B, Том: 93 Выпуск: 21 (год публикации - 2016)
10.1103/PhysRevB.93.214441

22. A. V. Sadovnikov, C. S. Davies, S. V. Grishin, V. V. Kruglyak, D. V. Romanenko, Yu. P. Sharaevskii, and S. A. Nikitov Magnonic beam splitter: The building block of parallel magnonic circuitry APPLIED PHYSICS LETTERS, 106, 192406 (год публикации - 2015)
10.1063/1.4921206

23. Одинцов С. А., Садовников А.В., Грачев А. А., Бегинин Е. Н., Шараевский Ю. П., Никитов С. А. Пространственно-частотная селекция магнитостатических волн в двумерной магнонно-кристаллической решетке Письма в ЖЭТФ, Выпуск 8, стр. 576 (год публикации - 2016)
10.7868/S0370274X1620008X

Публикации