Спінові хвилі в наномасштабних елементах зі структурованими інтерфейсами в феромагнетиках та антиферомагнетиках

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorГоробець, Оксана Юріївна
dc.contributor.authorБусел, Оксана Петрівна
dc.date.accessioned2021-01-05T09:47:12Z
dc.date.available2021-01-05T09:47:12Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractukДисертаційна робота присвячена дослідженню особливостей та характеру розповсюдження спінових хвиль в упорядкованих наномасштабних елементах зі структурованими інтерфейсами як в феромагнетиках, так і в антиферомагнетиках та спрямована на отримання нових знань в актуальному напрямку сучасних досліджень. Для дослідження було обрано феромагнітні та антиферомагнітні 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, які присвячені дослідженню особливостей розсіяння спінових хвиль в магнітних матеріалах з структурованими інтерфейсами на прикладі феромагнітних та антиферомагнітних тонких плівок. Перший розділ присвячено докладному аналізу розповсюдження спінових хвиль в феромагнетиках та антиферомагнетиках та дослідженню, що пов’язане з граничними умовами на різноманітних структурованих інтерфейсах, оскільки одна з найважливіших проблем, що обмежує застосування спінових хвиль, стосується можливості когерентної та слабко затухаючої передачі сигналу – інформації, закодованої у фазу чи амплітуду спінових хвиль, між окремими частинами магнонного контура. Таким чином, управління фазою і амплітудою спінових хвиль є важливим для магноніки при виконанні як аналогових, так і цифрових обчислень основаних на спінових хвилях, оскільки обробка будь-якого виду хвиль залежить від інтерференційних ефектів, які залежать від основних характеристик хвиль – фази та амплітуди. 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 метаматеріалі – тонкому феромагнітному прошарку у вигляді пластини з градуйованим індексом (ГРІН), вздовж якого поступова зміна параметрів матеріалу – намагніченості насичення або магнітної анізотропії дозволяє загинати фронт переданих спінових хвиль і контролювати заломлення. На основі аналітичних розрахунків фазового зсуву, набутого спіновою хвилею внаслідок зміни параметрів матеріалу у обмеженій області, показано, що рефракцію спінової хвилі можна змінити на заданий кут. При аномальному заломлені хвильовий фронт заломлених спінових хвиль нахиляється під бажаним кутом відносно хвильового фронту падаючих спінових хвиль навіть при нормальному падінні. 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 феромагнітній пластині кінцевої ширини – ГРІН пластині, вбудованій у феромагнітний 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 дисертаційної роботи виведено граничні умови для динаміки намагніченості як для інтерфейсу скінченної товщини, так і для нескінченно тонкого між феромагнітним та антиферомагнітним матеріалами в наближенні неперервного середовища застосовуючи систематичний підхід. Граничні умови визначені з точки зору деяких середніх властивостей інтерфейсу. Припускаючи, що інтерфейс має скінченну товщину, яка набагато менша за довжину спінової хвилі, враховується анізотропія інтерфейсу, симетричний обмінний зв'язок на інтерфейсі та зв'язок на інтерфейсі, що виникає внаслідок порушення інверсійної симетрії в області інтерфейсу. Використовуючи узагальнені граничні умови на інтерфейсі феромагнетик/антиферомагнетик, беручи до уваги лише енергії однорідного та неоднорідного обміну між усіма підґратками, теоретично досліджено збудження та проходження поверхневої згасаючої спінової хвилі в антиферомагнетик, коли спінова хвиля в феромагнетику падає на цей інтерфейс. У четвертому розділі представлено нову концепцію нескомпенсованості підґраток двопідґраткового антиферомагнетика, вводячи нову фізичну характеристику для інтерфейсів скінченної товщини, а саме ступінь нескомпенсованості підґраток антиферомагнетика (СНПА), яка робить суттєвий крок до вирішення критичної проблеми управління розповсюдженням спінових хвиль через інтерфейси антиферомагнетика з феромагнетиком. Було продемонстровано, що проходження спінових хвиль від антиферомагнетику до феромагнетику стає можливим лише за конкретної конструкції інтерфейсу. В іншому випадку спінові хвилі повністю відбиваються від поверхні феромагнетику. Вперше виведено граничні умови для будь-якого випадку СНПА на інтерфейсі антиферомагнетик/феромагнетик. Продемонстровано залежність пропускання, відбиття та відповідних фазових зсувів на цьому інтерфейсі від СНПА відповідно до обґрунтованої довжини хвилі спінових хвиль. У п’ятому розділі побудовано аналітичну модель малих відхилень від значень рівноваги магнітного моменту та магнітного поля у феромагнітній тонкій плівці Py з круговим антидотом. В результаті аналітичного моделювання у рамках обґрунтованої фізичної моделі вперше досліджено просторово залежний феромагнітний резонанс у феромагнітній тонкій плівці з одним круговим антидотом під впливом зовнішнього магнітного поля перпендикулярного до поверхні зразка. 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 феромагнітних резонансів, які відрізняються на різній відстані від краю антидоту через неоднорідність магнітостатичного поля. Усі результати, що виносяться на захист, є новими. Вони неодноразово обговорювалися на міжнародних конференціях. За матеріалами дисертації опубліковано 4 статті та 9 тез, які повною мірою відображають її зміст.uk
dc.format.page148 с.uk
dc.identifier.citationБусел, О. П. Спінові хвилі в наномасштабних елементах зі структурованими інтерфейсами в феромагнетиках та антиферомагнетиках : дис. … д-ра філософії : 104 Фізика та астрономія / Бусел Оксана Петрівна. – Київ, 2020. – 148 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/38488
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectспінова хвиляuk
dc.subjectзгасаюча спінова хвиляuk
dc.subjectферомагнетикuk
dc.subjectантиферомагнетикuk
dc.subjectінтерфейсuk
dc.subjectграничні умовиuk
dc.subjectантидотuk
dc.subjectградуйований індексuk
dc.subjectаномальне заломленняuk
dc.subjectступінь нескомпенсованості підграток антиферомагнетикаuk
dc.subjectspin waveuk
dc.subjectevanescent spin waveuk
dc.subjectferromagnetuk
dc.subjectantiferromagnetuk
dc.subjectinterfaceuk
dc.subjectboundary conditionsuk
dc.subjectantidotuk
dc.subjectgraded indexuk
dc.subjectanomalous refractionuk
dc.subjectdegree of sublattice noncompensation of antiferromagnetuk
dc.subject.udc537.63; 537.61; 537.622uk
dc.titleСпінові хвилі в наномасштабних елементах зі структурованими інтерфейсами в феромагнетиках та антиферомагнетикахuk
dc.typeThesis Doctoraluk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Busel_dys.pdf
Розмір:
3.07 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ЗФФТТ)
Дисертації (вільний доступ)