Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Spatial Control of Hybridization-Induced Spin-Wave Transmission Stop Band

Published 23 Mar 2024 in physics.app-ph | (2403.15840v1)

Abstract: Spin-wave (SW) propagation close to the hybridization-induced transmission stop band is investigated within a trapezoid-shaped 200\,nm thick yttrium iron garnet (YIG) film using time-resolved magneto-optic Kerr effect (TR-MOKE) microscopy and broadband spin wave spectroscopy, supported by micromagnetic simulations. The gradual reduction of the effective field within the structure leads to local variations of the SW dispersion relation and results in a SW hybridization at a fixed position in the trapezoid where the propagation vanishes since the SW group velocity approaches zero. By tuning external field or frequency, spatial control of the spatial stop band position and spin-wave propagation is demonstrated and utilized to gain transmission control over several microstrip lines.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (40)
  1. K.-S. Lee and S.-K. Kim, “Conceptual design of spin wave logic gates based on a mach–zehnder-type spin wave interferometer for universal logic functions,” J. Appl. Phys., vol. 104, p. 053909, Sept. 2008.
  2. T. Schneider, A. A. Serga, B. Leven, B. Hillebrands, R. L. Stamps, and M. P. Kostylev, “Realization of spin-wave logic gates,” Appl. Phys. Lett., vol. 92, p. 022505, Jan. 2008.
  3. V. V. Kruglyak, S. O. Demokritov, and D. Grundler, “Magnonics,” J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 43, p. 260301, July 2010.
  4. A. Khitun and K. L. Wang, “Non-volatile magnonic logic circuits engineering,” J. Appl. Phys., vol. 110, p. 034306, Aug. 2011.
  5. A. V. Sadovnikov, C. S. Davies, S. V. Grishin, V. V. Kruglyak, D. V. Romanenko, Y. P. Sharaevskii, and S. A. Nikitov, “Magnonic beam splitter: The building block of parallel magnonic circuitry,” Appl. Phys. Lett., vol. 106, p. 192406, May 2015.
  6. A. V. Chumak, V. I. Vasyuchka, A. A. Serga, and B. Hillebrands, “Magnon spintronics,” Nat. Phys., vol. 11, pp. 453–461, June 2015.
  7. Q. Wang, P. Pirro, R. Verba, A. Slavin, B. Hillebrands, and A. V. Chumak, “Reconfigurable nanoscale spin-wave directional coupler,” Sci. Adv., vol. 4, Jan. 2018.
  8. Q. Wang, A. Hamadeh, R. Verba, V. Lomakin, M. Mohseni, B. Hillebrands, A. V. Chumak, and P. Pirro, “A nonlinear magnonic nano-ring resonator,” npj Comput. Mater., vol. 6, Dec. 2020.
  9. A. Barman, G. Gubbiotti, S. Ladak, A. O. Adeyeye, M. Krawczyk, J. Gräfe, C. Adelmann, S. Cotofana, A. Naeemi, V. I. Vasyuchka, B. Hillebrands, S. A. Nikitov, H. Yu, D. Grundler, A. V. Sadovnikov, A. A. Grachev, S. E. Sheshukova, J.-Y. Duquesne, M. Marangolo, G. Csaba, W. Porod, V. E. Demidov, S. Urazhdin, S. O. Demokritov, E. Albisetti, D. Petti, R. Bertacco, H. Schultheiss, V. V. Kruglyak, V. D. Poimanov, S. Sahoo, J. Sinha, H. Yang, M. Münzenberg, T. Moriyama, S. Mizukami, P. Landeros, R. A. Gallardo, G. Carlotti, J.-V. Kim, R. L. Stamps, R. E. Camley, B. Rana, Y. Otani, W. Yu, T. Yu, G. E. W. Bauer, C. Back, G. S. Uhrig, O. V. Dobrovolskiy, B. Budinska, H. Qin, S. van Dijken, A. V. Chumak, A. Khitun, D. E. Nikonov, I. A. Young, B. W. Zingsem, and M. Winklhofer, “The 2021 magnonics roadmap,” J. Phys.: Condens. Matter, vol. 33, p. 413001, Aug. 2021.
  10. Á. Papp, W. Porod, and G. Csaba, “Nanoscale neural network using non-linear spin-wave interference,” Nat Commun, vol. 12, Nov. 2021.
  11. A. V. Chumak, P. Kabos, M. Wu, C. Abert, C. Adelmann, A. O. Adeyeye, J. Akerman, F. G. Aliev, A. Anane, A. Awad, C. H. Back, A. Barman, G. E. W. Bauer, M. Becherer, E. N. Beginin, V. A. S. V. Bittencourt, Y. M. Blanter, P. Bortolotti, I. Boventer, D. A. Bozhko, S. A. Bunyaev, J. J. Carmiggelt, R. R. Cheenikundil, F. Ciubotaru, S. Cotofana, G. Csaba, O. V. Dobrovolskiy, C. Dubs, M. Elyasi, K. G. Fripp, H. Fulara, I. A. Golovchanskiy, C. Gonzalez-Ballestero, P. Graczyk, D. Grundler, P. Gruszecki, G. Gubbiotti, K. Guslienko, A. Haldar, S. Hamdioui, R. Hertel, B. Hillebrands, T. Hioki, A. Houshang, C.-M. Hu, H. Huebl, M. Huth, E. Iacocca, M. B. Jungfleisch, G. N. Kakazei, A. Khitun, R. Khymyn, T. Kikkawa, M. Klaui, O. Klein, J. W. Klos, S. Knauer, S. Koraltan, M. Kostylev, M. Krawczyk, I. N. Krivorotov, V. V. Kruglyak, D. Lachance-Quirion, S. Ladak, R. Lebrun, Y. Li, M. Lindner, R. Macedo, S. Mayr, G. A. Melkov, S. Mieszczak, Y. Nakamura, H. T. Nembach, A. A. Nikitin, S. A. Nikitov, V. Novosad, J. A. Otalora, Y. Otani, A. Papp, B. Pigeau, P. Pirro, W. Porod, F. Porrati, H. Qin, B. Rana, T. Reimann, F. Riente, O. Romero-Isart, A. Ross, A. V. Sadovnikov, A. R. Safin, E. Saitoh, G. Schmidt, H. Schultheiss, K. Schultheiss, A. A. Serga, S. Sharma, J. M. Shaw, D. Suess, O. Surzhenko, K. Szulc, T. Taniguchi, M. Urbanek, K. Usami, A. B. Ustinov, T. van der Sar, S. van Dijken, V. I. Vasyuchka, R. Verba, S. V. Kusminskiy, Q. Wang, M. Weides, M. Weiler, S. Wintz, S. P. Wolski, and X. Zhang, “Advances in magnetics roadmap on spin-wave computing,” IEEE Trans. Magn., vol. 58, pp. 1–72, June 2022.
  12. T. Goto, T. Yoshimoto, B. Iwamoto, K. Shimada, C. A. Ross, K. Sekiguchi, A. B. Granovsky, Y. Nakamura, H. Uchida, and M. Inoue, “Three port logic gate using forward volume spin wave interference in a thin yttrium iron garnet film,” Sci. Rep., vol. 9, Nov. 2019.
  13. H. Qin, R. B. Holländer, L. Flajšman, F. Hermann, R. Dreyer, G. Woltersdorf, and S. van Dijken, “Nanoscale magnonic fabry-pérot resonator for low-loss spin-wave manipulation,” Nat Commun, vol. 12, Apr. 2021.
  14. G. Gubbiotti, S. Tacchi, M. Madami, G. Carlotti, A. O. Adeyeye, and M. Kostylev, “Brillouin light scattering studies of planar metallic magnonic crystals,” J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 43, p. 264003, June 2010.
  15. A. A. Serga, A. V. Chumak, and B. Hillebrands, “YIG magnonics,” J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 43, p. 264002, June 2010.
  16. B. Lenk, H. Ulrichs, F. Garbs, and M. Münzenberg, “The building blocks of magnonics,” Phys. Rep., vol. 507, pp. 107–136, Oct. 2011.
  17. Z. K. Wang, V. L. Zhang, H. S. Lim, S. C. Ng, M. H. Kuok, S. Jain, and A. O. Adeyeye, “Nanostructured magnonic crystals with size-tunable bandgaps,” ACS Nano, vol. 4, pp. 643–648, Jan. 2010.
  18. M. Krawczyk and D. Grundler, “Review and prospects of magnonic crystals and devices with reprogrammable band structure,” J. Phys.: Condens. Matter, vol. 26, p. 123202, Mar. 2014.
  19. M. A. Morozova, S. V. Grishin, A. V. Sadovnikov, D. V. Romanenko, Y. P. Sharaevskii, and S. A. Nikitov, “Band gap control in a line-defect magnonic crystal waveguide,” Appl. Phys. Lett., vol. 107, p. 242402, Dec. 2015.
  20. A. J. E. Kreil, H. Y. Musiienko-Shmarova, S. Eggert, A. A. Serga, B. Hillebrands, D. A. Bozhko, A. Pomyalov, and V. S. L'vov, “Tunable space-time crystal in room-temperature magnetodielectrics,” Phys. Rev. B, vol. 100, July 2019.
  21. F. Lisiecki, J. Rychły, P. Kuświk, H. Głowiński, J. W. Kłos, F. Groß, I. Bykova, M. Weigand, M. Zelent, E. J. Goering, G. Schütz, G. Gubbiotti, M. Krawczyk, F. Stobiecki, J. Dubowik, and J. Gräfe, “Reprogrammability and scalability of magnonic fibonacci quasicrystals,” Phys. Rev. Applied, vol. 11, May 2019.
  22. C. Riedel, T. Taniguchi, L. Körber, A. Kákay, and C. H. Back, “Hybridization-induced spin-wave transmission stop band within a 1d diffraction grating,” Advanced Physics Research, vol. 2, Feb. 2023.
  23. J. M. D. Coey, Magnetism and Magnetic Materials. Cambridge University Press, Jan. 2001.
  24. P. Gruszecki, J. Romero-Vivas, Y. S. Dadoenkova, N. N. Dadoenkova, I. L. Lyubchanskii, and M. Krawczyk, “Goos-hänchen effect and bending of spin wave beams in thin magnetic films,” Appl. Phys. Lett., vol. 105, p. 242406, Dec. 2014.
  25. L. Körber, A. Hempel, A. Otto, R. A. Gallardo, Y. Henry, J. Lindner, and A. Kákay, “Finite-element dynamic-matrix approach for propagating spin waves: Extension to mono- and multi-layers of arbitrary spacing and thickness,” AIP Adv., vol. 12, p. 115206, Nov. 2022.
  26. A. Vansteenkiste, J. Leliaert, M. Dvornik, M. Helsen, F. Garcia-Sanchez, and B. V. Waeyenberge, “The design and verification of MuMax3,” AIP Adv., vol. 4, p. 107133, Oct. 2014.
  27. K. Perzlmaier, G. Woltersdorf, and C. H. Back, “Observation of the propagation and interference of spin waves in ferromagnetic thin films,” Phys. Rev. B, vol. 77, Feb. 2008.
  28. M. Farle, T. Silva, and G. Woltersdorf, “Spin dynamics in the time and frequency domain,” in Springer Tracts in Modern Physics, pp. 37–83, Springer Berlin Heidelberg, Sept. 2012.
  29. Y. Au, T. Davison, E. Ahmad, P. S. Keatley, R. J. Hicken, and V. V. Kruglyak, “Excitation of propagating spin waves with global uniform microwave fields,” Appl. Phys. Lett., vol. 98, p. 122506, Mar. 2011.
  30. H. G. Bauer, J.-Y. Chauleau, G. Woltersdorf, and C. H. Back, “Coupling of spinwave modes in wire structures,” Appl. Phys. Lett., vol. 104, p. 102404, Mar. 2014.
  31. J. Stigloher, T. Taniguchi, H. Körner, M. Decker, T. Moriyama, T. Ono, and C. Back, “Observation of a goos-hänchen-like phase shift for magnetostatic spin waves,” Phys. Rev. Lett., vol. 121, Sept. 2018.
  32. R. Damon and J. Eshbach, “Magnetostatic modes of a ferromagnet slab,” J. Phys. Chem. Solids, vol. 19, pp. 308–320, May 1961.
  33. M. Vaňatka, K. Szulc, O. Wojewoda, C. Dubs, A. V. Chumak, M. Krawczyk, O. V. Dobrovolskiy, J. W. Kłos, and M. Urbánek, “Spin-wave dispersion measurement by variable-gap propagating spin-wave spectroscopy,” Phys. Rev. Applied, vol. 16, Nov. 2021.
  34. B. A. Kalinikos and A. N. Slavin, “Theory of dipole-exchange spin wave spectrum for ferromagnetic films with mixed exchange boundary conditions,” J. Phys. C: Solid State Phys., vol. 19, pp. 7013–7033, Dec. 1986.
  35. V. E. Demidov, S. O. Demokritov, K. Rott, P. Krzysteczko, and G. Reiss, “Mode interference and periodic self-focusing of spin waves in permalloy microstripes,” Physical Review B, vol. 77, Feb. 2008.
  36. X. Xing, Y. Yu, S. Li, and X. Huang, “How do spin waves pass through a bend?,” Scientific Reports, vol. 3, Oct. 2013.
  37. A. V. Chumak, “Fundamentals of magnon-based computing,” 2019.
  38. J. Topp, J. Podbielski, D. Heitmann, and D. Grundler, “Internal spin-wave confinement in magnetic nanowires due to zig-zag shaped magnetization,” Phys. Rev. B, vol. 78, July 2008.
  39. J. Jorzick, S. O. Demokritov, B. Hillebrands, M. Bailleul, C. Fermon, K. Y. Guslienko, A. N. Slavin, D. V. Berkov, and N. L. Gorn, “Spin wave wells in nonellipsoidal micrometer size magnetic elements,” Phys. Rev. Lett., vol. 88, Jan. 2002.
  40. A. Wartelle, F. Vilsmeier, T. Taniguchi, and C. H. Back, “Caustic spin wave beams in soft thin films: Properties and classification,” Phys. Rev. B, vol. 107, Apr. 2023.
Citations (2)

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.