Registration Number
0821U100154, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
25-01-2021
popup.evolution
.
Title
Spin waves in nanoscale elements with structured interfaces in ferromagnets and antiferromagnets
Author
Busel Oksana ,
popup.head Gorobets Oksana
popup.opponent Krivoruchko Volodymyr
popup.opponent Dzhezheria Yurii
popup.review Kalita Viktor
popup.review Kulish Volodymyr
popup.rada
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
Description
Дисертаційна робота присвячена дослідженню особливостей та характеру розповсюдження спінових хвиль в упорядкованих наномасштабних елементах зі структурованими інтерфейсами як в феромагнетиках (ФМ), так і в антиферомагнетиках (АФМ), та спрямована на отримання нових знань в актуальному напрямку сучасних досліджень. Для дослідження було обрано ФМ та АФМ тонкі плівки з упорядкованими наномасштабними елементами (антидоти), зокрема їх композиції – мультишари, з відповідними структурованими інтерфейсами, які розглядаються як композитні матеріали як нескінченно тонкі, так і скінченної товщини. Спінові хвилі відкривають перспективу беззарядних пристроїв, які можуть бути конкурентоспроможними для поточних пристроїв. Основними перевагами використання магнітних матеріалів в електронних та телекомунікаційних пристроях є їх керованість зовнішнім магнітним полем, енергонезалежність та програмовуваність. Штучне структурування нанорозмірних структур дає чудову можливість для модифікації їх спектрів збудження, а отже для проектування матеріалів із непередбачуваними властивостями, які потенційно можуть задовольнити постійну потребу в більш швидкому маніпулюванні більшим об’ємом інформації, більшими ємностями зберігання зі скороченням часу запису та читання, а також постійний попит на мініатюризацію та енергетичну ефективність, оскільки передача, зберігання та маніпулювання інформацією є важливою частиною високих технологій.
Основна частина дисертаційної роботи складається з п’яти розділів.
Перший розділ присвячено докладному аналізу розповсюдження спінових хвиль в ФМ та АФМ та дослідженню, що пов’язане з граничними умовами на різноманітних структурованих інтерфейсах.
У другому розділі дисертаційної роботи розроблено метод ефективного керування спіновими хвилями, які когерентно розповсюджуються, в межах магнітних наноструктур (хвилеводів). Метод засновано на аномальному заломленні в тонкому ФМ прошарку у вигляді пластини з градуйованим індексом (ГРІН), вздовж якого поступова зміна магнітних параметрів матеріалу дозволяє загинати фронт переданих спінових хвиль і контролювати заломлення. На основі аналітичних розрахунків фазового зсуву, набутого спіновою хвилею внаслідок зміни магнітних параметрів матеріалу у обмеженій області, показано, що рефракцію спінової хвилі можна змінити на заданий кут. Це явище вимагає лінійної зміни фази переданих хвиль поряд із інтерфейсом, де відбувається заломлення. Його опис вимагає узагальнення закону Снеліуса, що використовується для наведення спінових хвиль у хвилеводах вперше. Для цього було побудовано аналітичну модель розсіювання обмінних спінових хвиль на однорідній ФМ пластині кінцевої ширини – ГРІН пластині, вбудованій у ФМ шар – хвилевід. Мінімізуючи загальну енергію, виведено граничні умови на інтерфейсах між ГРІН пластиною та її оточенням з обох боків та досліджено повну залежність між зсувами фаз та амплітудами спінових хвиль, що падають та проходять.
У третьому розділі cформульовано граничні умови між ФМ та двохпідґратковим АФМ в задачах динаміки намагніченості у наближенні неперервного середовища у випадку нескінченно тонкого інтерфейсу, та інтерфейсу скінченної товщини. З урахуванням однорідного та неоднорідного обмінів, досліджено розповсюдження поверхневої згасаючої спінової хвилі в АФМ, коли спінова хвиля з ФМ падає на інтерфейс ФМ/АФМ.
У четвертому розділі представлено нову концепцію, яка робить важливий крок на шляху вирішення критичної проблеми управління розповсюдженням спінових хвиль через інтерфейси тонкої АФМ плівки з іншими магнітними середовищами шляхом введення нової фізичної характеристики для інтерфейсів скінченної товщини – ступеня нескомпенсованості підґраток АФМ (СНПА). Значення СНПА можна змінити, спроектувавши інтерфейси з діагональною та криволінійною геометрією. Представлено теорію, яка описує поширення спінових хвиль через будь-який АФМ/ФМ інтерфейс з урахуванням змінної СНПА та виведено узагальнені граничні умови. Продемонстровано, що проходження спінових хвиль від АФМ до ФМ стає можливим лише за конкретної конструкції інтерфейсу.
У п’ятому розділі побудовано аналітичну модель ФМ резонансу у тонкій ФМ плівці Py з круговим антидотом. Лінеаризоване рівняння Ландау-Ліфшиця було розв’язано як власну задачу у прямому просторі для створення аналітичної моделі малих відхилень від значень рівноваги магнітного моменту та магнітного поля. Було встановлено, що основною причиною виникнення неоднорідних коливань є магнітостатичне поле, спричинене наявністю антидоту. Модель показала, що існує максимум амплітуди поля розмагнічування, локалізованого біля краю антидота, і амплітуда зменшується зі збільшенням відстані від краю. Також були визначені умови локальних ФМ резонансів, які відрізняються на різній відстані від краю антидоту через неоднорідність магнітостатичного поля.
Registration Date
2021-02-02
popup.nrat_date
2021-02-02 / 2026-06-30
