Разработка физико-технологических принципов построения двумерных магнонных сетей на основе ферромагнитных пленочных микроволноводов для применений в устройствах обработки информации и спиновой логики

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 17-19-01673

НазваниеРазработка физико-технологических принципов построения двумерных магнонных сетей на основе ферромагнитных пленочных микроволноводов для применений в устройствах обработки информации и спиновой логики

Руководитель Филимонов Юрий Александрович, 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 №18 - Конкурс 2017 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 обработка информации СВЧ, электронная компонентная база на принципах магноники, магнитные микро- и наноструктуры, конструктивная и деструктивная интерференция спиновых волн, магнонная логика и голографическая память

Код ГРНТИ29.35.47

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку физико-технологических принципов создания двумерных (2D) магнонных сетей на основе пленочных ферромагнитных микроволноводов и разработку принципов построения устройств обработки информации и спиновой логики на их основе. Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач. 1. Разработать технологии создания 2D-магнонных сетей с малыми потерями спиновых волн (СВ) на распространение. Мы планируем изготовить решетчатые волноведущие структуры на основе пленок пермаллоя и железоиттриевого граната с использованием фотолитографии и ионного травления. 2. Разработать методы возбуждения и приема СВ субмикронного масштаба. Для этого в работе будут использованы индукционные антенны, интегрированные с волноводами спиновых волн. 3. Изучить особенности распространения субмикронных спиновых волн в 2D-решетках микроволноводов и интерференционные явления при возбуждении СВ на нескольких различных входах магнонной сети. Сопоставить результаты экспериментальных исследований и микромагнитного моделирования эффектов распространения СВ в магнонных сетях. 4. Исследовать подходы к управлению дисперсионными характеристиками, дифракционными полями и набегом фазы СВ нанометровой длины, в частности, за счет расположения в узлах 2D-магнонной решетки магнитных наночастиц, наноструктуризации поверхности волновода и изменения по заданному закону геометрических параметров волновода. 5. Провести оптимизацию параметров волноведущих структур, систем возбуждения и приема и метода контроля фазы СВ, изготовить лабораторные макеты устройств обработки информации и спиновой логики на основе субмикронных СВ. 6. Дать заключение о перспективе выбранных технологических решений и физических принципов для построения устройств логики и обработки информации на основе 2D –магнонных сетей . Актуальность проекта обусловлена перспективами создания электронной компонентной базы обработки информации СВЧ на принципах магноники. В частности, переход к использованию субмикронных СВ позволит существенно уменьшить массу и габариты спин-волновых устройств и сделает их востребованными в мобильных системах связи. Кроме того, задачи проекта непосредственно связаны с разработкой принципов построения спиновой логики и энергонезависимой магнонной голографической памяти, которые могут быть востребованы для использования в системах распознавания текстов, речи, изображений, локации, контроля доступа и многих других. Научная новизна проекта заключается в обнаружении и исследовании интерференционных и дифракционных явлений субмикронных СВ при их возбуждении и распространении в 2D-решетке из ферромагнитных волноводов; в разработке методов возбуждения и управления фазой субмикронных СВ, а также технологии создания 2D-магнонных сетей на основе ферромагнитных пленок.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Высоцкий С., Хивинцев Ю., Дудко Г., Сахаров В., Филимонов Ю., Новицкий Н.,Стогний А. Fano resonances in side-coupled magnonic crystal/rectangular YIG-resonator system Abstracts of the European Conference Physics of magnetism 2017, June 26-30, 2017, Poznan, Poland, P.140 (год публикации - 2017)

2. Дудко Г., Кожевников А., Хивинцев Ю., Филимонов Ю., Хитун А. Micromagnetic simulation of the spin waves propagation in 2D YIG-based magnonic network Workshop Magic2017, Book of absrracts ,Poznan/Trzebaw, Poland, 2-7 July 2017, P.69 (год публикации - 2017)

3. Хитун А., Балинский М., Чанг Х., Гутиерес Д.,. Кожевников А, Филимонов Ю. Reversible magnetic logic gates based on spin waves interference Journal of Applied Physics (год публикации - 2018)

4. Высоцкий С.Л., Дудко Г.М., Джумалиев А.С., Кожевников А.В., Никулин Ю.В., Сахаров В.К., Хивинцев Ю.В., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г., Никитов С.А. Спектр ферромагнитного резонанса решетки ортогональных пермаллоевых микроволноводов Радиотехника и электроника (год публикации - 2018)

5. Высоцкий С.Л., Сахаров В.К., Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В. Гибридизация спин-волновых мод периодической решетки из микроволноводов Гетеромагнитная микроэлектроника (год публикации - 2017)

6. Дудко Г.М., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г. Микромагнитное моделирование распространения спиновых волн в 2D волноводных решетках из пленок ЖИГ «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» тез.докл.XII Всерос. Конф.молодых ученых. – Саратов, 5-7 сентября 2017 г., С. 237-238 (год публикации - 2017)

7. Дудко Г.М., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г. Спиновые волны в микроструктурах на основе ортогональных пленочных ферритовых волноводов «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» тез.докл.XII Всерос. Конф.молодых ученых. – Саратов, 5-7 сентября 2017 г., С. 239-240 (год публикации - 2017)

8. Дудко Г.М., Кожевников А.В., Хивинцев Ю.В., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г., Никитов С.А. Микромагнитное моделирование распространения спиновых волн в касательно намагниченных крестах на основе ферритовых микроволноводов различной ширины Радиотехника и электроника (год публикации - 2018)

9. Балинский М., Гутиерес Д., Чанг Х., Кожевников А., Дудко Г., Филимонов Ю., Баландин А., Хитун А. A magnetometer based on a spin wave interferometer Scientific Reports, V.7, P.11539 (год публикации - 2017)
10.1038/s41598-017-11881-y

Публикации

1. Сахаров В.К., Хивинцев Ю.В., Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А., Хитун А. Filtration of magnetostatic waves in tapered YIG waveguides Spin Waves 2018 International Symposium. Program. Abstracts. Saint-Petersburg, Russia June 3-8, 2018, P.148 (год публикации - 2018)

2. Грачев А.А., Садовников А.В., Хивинцев Ю.В., Дудко Г.М., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А., Khitun A., Никитов С.А. Влияние деформаций на интерференцию спиновых волн в ЖИГ-микроволноводах Материалы XVII Международной зимней школы-семинара по радиофизике и электронике сверхвысоких частот, 5–10 февраля 2018, Саратов., С.49-50 (год публикации - 2018)

3. Хивинцев Ю.В., Кожевников А.В., Сахаров В.К., Дудко Г.М., Филимонов Ю.А. Спиновые волны в магнонных сетях на основе системы ортогональных микроволноводов Материалы XVII Международной зимней школы-семинара по радиофизике и электронике сверхвысоких частот, 5–10 февраля 2018, Саратов., С.103 (год публикации - 2018)

4. Дудко Г., Кожевников А., филимонов Ю., Khitun A. Sensitivity of SW destructive interference in crossing waveguides to changes of applied in-plane magnetic field Spin Waves 2018 International Symposium. Program. Abstracts. Saint-Petersburg, Russia June 3-8, P. 118 (год публикации - 2018)

5. Грачев А.А., Садовников А.В., Хивинцев Ю.В., Дудко Г.М., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А., Шараевский Ю.П., Никитов С.А Strain tuned spin-wave interference in orthogonal magnonic stripes Spin Waves 2018 International Symposium. Program. Abstracts. Saint-Petersburg, Russia June 3-8, 2018, P.122. (год публикации - 2018)

6. Павлов Е.С., Сахаров В.Л., Филимонов Ю.А. Spin waves propagation in 2D magnonic crystal psi-junction line defect waveguides Spin Waves 2018 International Symposium. Program. Abstracts. Saint-Petersburg, Russia June 3-8, 2018., P.141. (год публикации - 2018)

7. Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Филимонов Ю.А., Хитун А. Signal transmission enhancement in YIG network at spin wave resonance Spin Waves 2018 International Symposium. Program. Abstracts. Saint-Petersburg, Russia June 3-8, 2018, P.32 (год публикации - 2018)

8. Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Высоцкий С.Л., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А., Хитун А. Yttrium iron garnet waveguide structures for magnonic networks Proc. of 26th International Symposium “Nanostructures: physics and technology, Minsk, Republic of Belarus, June 18-22, 2018, P.173-174 (год публикации - 2018)

9. Павлов Е.С , Сахаров В.К., Филимонов Ю.А. Распространение спиновых волн в двумерных магнонных кристаллах с линейными дефектами Сборник трудов XIII Всероссийской конференции молодых ученых “Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика”, Саратов, 4 – 6 сентября 2018 г., С. 222-223. (год публикации - 2018)

10. Сахаров В.К. , Дудко Г.М., Кожевников А.В., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г. О чувствительности деструктивной интерференции спиновых волн к малым изменениям магнитного поля в структурах скрещенных ортогональных волноводов при касательном намагничивании Сборник трудов XIII Всероссийской конференции молодых ученых “Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика”, Саратов, 4 – 6 сентября 2018 г., С.256-257 (год публикации - 2018)

11. Сахаров В.К., Хивинцев Ю.В., Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А. Особенности прохождения магнитостатических волн через пленочные волноводы с сужениями Сборник трудов XIII Всероссийской конференции молодых ученых “Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика”, Саратов, 4 – 6 сентября 2018 г., С.258-259 (год публикации - 2018)

12. Сахаров В.К. , Хивинцев Ю.В., Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А. Усиление прохождения МСВ в магнонных сетях в условиях спин-волнового резонанса Сборник трудов XIII Всероссийской конференции молодых ученых “Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика”, Саратов, 4 – 6 сентября 2018 г., С. 260-261. (год публикации - 2018)

13. Дудко Г.М., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Кожевников А.В., Высоцкий С.Л., Селезнев М.Е., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г Микромагнитное моделирование нелинейного взаимодействия Известия вузов "Прикладная нелинейная динамика" (год публикации - 2019)

14. Сахаров В.Л., Хивинцев Ю.В., Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А. Особенности распространения магнитостатических волн в микроволноводах с изменяющейся шириной на основе пленок железоиттриевого граната Гетеромагнитная микроэлектроника, Выпуск 23 С.33-47 (год публикации - 2017)

15. Кожевников А.В., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Дудко Г.М., Высоцкий С.Л., Никулин Ю.В., Павлов Е.С., Филимонов Ю.А., Хитун А.Г. Влияние параметрических процессов на распространение спиновых волн в крестовидных структурах на основе волноводов из пленок железоиттриевого граната Известия вузов "Прикладная нелинейная динамика" (год публикации - 2019)

16. Мадами М., Хивинцев Ю., Губбиотти Г., Дудко Г., Кожевников А., Сахаров В., Стальмахов А., Хитун А., Филимонов Ю. Nonreciprocity of backward volume spin waves excited by the curved focusing transducer Applied Physics Letters, V.113 P.152402 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5050347

Публикации

1. Г.М. Дудко, Ю.В. Хивинцев, В.К. Сахаров, А.В. Кожевников, Ю.А. Филимонов Параметрические процессы в элементах 2D микроволноводных решеток Труды XXIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» 11-14 марта 2019 г., Нижний Новгород, Т. 1, С. 193-194 (год публикации - 2019)

2. Ю.В. Хивинцев, В.К. Сахаров, Г.М. Дудко, А.В. Кожевников, С.Л. Высоцкий, М.Е. Селезнев, Ю.А. Филимонов, А.Хитун Магнонные сети на основе пленочных волноводов Труды XXIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» 11-14 марта 2019 г., Нижний Новгород, Т. 1, С. 296-297 (год публикации - 2019)

3. Ю.В. Хивинцев, В.К. Сахаров, А.В. Кожевников, С.Л. Высоцкий, Ю.А. Филимонов, А.Хитун Особенности распространения спиновых волн в системах микроволноводов на основе железоиттриевого граната Труды XXIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» 11-14 марта 2019 г., Нижний Новгород, Т. 1, С. 298-299 (год публикации - 2019)

4. Ю. Хивинцев, А. Кожевников, Г. Дудко, В. Сахаров, Ю. Филимонов, А. Хитун Magnonic networks based on YIG microwaveguide International Conference “Magnonics 2019”, July 28 – August 1, 2019, Carovigno (BR), Italy, Book of abstracts, p. 15 (год публикации - 2019)

5. М. Мадами, Ю.Хивинцев, Г. Губбиотти, Г. Дудко, А. Кожевников, В. Сахаров, А. Стальмахов, Ю. Филимонов Brillouin light scattering investigation of the spin wave beam focusing effect under excitation by curved transducer International Conference “Magnonics 2019”, July 28 – August 1, 2019, Carovigno (BR), Italy, Book of abstracts, p. 81 (год публикации - 2019)

6. Ю. Хивинцев, А. Кожевников, Г. Дудко, В. Сахаров, Ю. Филимонов, А. Хитун Spin waves in YIG-based networks: logic and signal processing VII Euro-Asian Symposium “Trends in MAGnetism”, Ekaterinburg, Russia, September 08-13, 2019, Book of abstracts, p.163-164 (год публикации - 2019)

7. А. А. Грачев, А. В. Кожевников, А. В. Садовников, Г.М. Дудко, Ю.В. Никулин, Ю.В. Хивинцев, В.К. Сахаров, Ю. А. Филимонов, А.Г. Хитун Управление фазой и интерференцией спиновых волн, распространяющихся в системе пересекающихся пленочных ферритовых волноводов Материалы международной научно-практической конференции «Мультиферроики: получение, свойства, применение» Витебск, Беларусь, 24-27 сентября 2019 года, С. 51-53 (год публикации - 2019)

8. Г.М. Дудко, Ю.В. Хивинцев, А. В. Кожевников, В.К. Сахаров, Ю. А. Филимонов Микромагнитное моделирование фокусирующих систем спиновых волн Сборник трудов XIV Всероссийской конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» Саратов, 17-19 сентября 2019 г., С. 64-65 (год публикации - 2019)

9. Г.М. Дудко, Ю.В. Хивинцев, А. В. Кожевников, В.К. Сахаров, Ю. А. Филимонов Микромагнитное моделирование влияния профиля поперечного сечения микроволновода на распространение магнитостатических волн Сборник трудов XIV Всероссийской конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» Саратов, 17-19 сентября 2019 г., С. 66-67 (год публикации - 2019)

10. Ю.В. Хивинцев, А.В. Кожевников, В.К. Сахаров, Г.М. Дудко, Ю.А. Филимонов, A. Khitun Интерференция спиновых волн в решетках из микроволноводов на основе пленок железо-иттриевого граната Журнал технической физики, том 89, вып. 11, С. 1712-1718 (год публикации - 2019)
10.21883/JTF.2019.11.48333.118-19

11. Ю.В. Хивинцев, А.В. Кожевников, Г.М. Дудко, В.К. Сахаров, Ю.А. Филимонов, А.Г. Хитун Spin Waves in YIG-Based Networks: Logic and Signal Processing. Physics of Metals and Metallography, Vol. 120, No. 13, pp. 76–82 (год публикации - 2019)
10.1134/S0031918X1913012X

12. С.Л. Высоцкий, Г.М. Дудко, А.В. Кожевников, Ю.В. Никулин, Е.С. Павлов, В.К. Сахаров, М.Е. Селезнев, Ю.В. Хивинцев, А.С. Джумалиев, Ю.А. Филимонов Нелинейные магнитные колебания и волны в магнитных микро- и наноструктурах Материалы XII Международной школы-конференции “Хаотические автоколебания и образование структур” (ХАОС-2019), 1–6 октября 2019, Саратов, с. 36 (год публикации - 2019)

13. Кожевников А.В., Дудко Г.М., Хивинцев Ю.В., Сахаров В.К., Высоцкий С.Л., Никулин Ю.В., Павлов Е.С., Хитун А.Г., Филимонов Ю.А. Влияние направления магнитного поля на спектр выходных сигналов спиновых волн при трехмагнонном распаде поверхностных магнитостатических волн в кресте на основе волноводов из пленки железоиттриевого граната Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика (год публикации - 2020)