Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences68751410.31857/S0033849425040108FRSGVXON THE 70th ANNIVERSARY OF S.A. NIKITOVК 70-ЛЕТИЮ С.А. НИКИТОВАResearch ArticleDispersion characteristics of spin waves in a nanoscale magnon crystalДисперсионные характеристики спиновых волн в наноразмерном магнонном кристаллеBalayevaV. V.БалаеваВ. В.
Russian Federation
mamorozovama@yandex.ruRomanenkoD. V.РоманенкоД. В.
Russian Federation
mamorozovama@yandex.ruMorozovaM. A.МорозоваМ. А.
Russian Federation
mamorozovama@yandex.ruSaratov State University named after N.G. ChernyshevskyСаратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского150420257044054111407202514072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0033-8494/article/view/687514

The paper presents the results of a study of the features of spin wave propagation in a magnon crystal based on a nanoscale ferromagnetic film with a periodic system of grooves on the surface. Micromagnetic modeling was performed in the MuMax3 environment. It is established that additional hybrid modes on the dispersion characteristic for a magnon crystal near each main width mode are formed. The ratio of ridge to groove widths affects the energy distribution between hybrid modes and the cutoff frequency of the main modes. The influence of the ridge/groove ratio on the formation of band gaps based on dispersion and amplitude-frequency characteristics is analyzed. It is shown that the most pronounced band gaps are observed for large ridge/groove width ratios. Also, an increase in the ridge/groove ratio and an increase in the groove depth leads to an increase in the number of orders of pronounced Bragg resonances.

Приведены результаты исследования особенностей распространения спиновых волн в магнонном кристалле на основе наноразмерной ферромагнитной пленки с периодической системой канавок на поверхности. Микромагнитное моделирование проведено в среде MuMax3. Установлено, что на дисперсионной характеристике магнонного кристалла вблизи каждой основной ширинной моды формируются дополнительные гибридные моды. Соотношение ширин столбик/канавка влияет на распределение энергии между гибридными модами и на частоту отсечки основных мод. Проанализировано влияние соотношения ширин столбик/канавка на формирование запрещенных зон на основе дисперсионных и амплитудно-частотных характеристик. Показано, что наиболее выраженные запрещенные зоны наблюдаются для больших соотношений ширин столбик/канавка. Также увеличение соотношения ширин столбик/канавка и увеличение глубины канавки приводит к увеличению количества порядков выраженных брэгговских резонансов.

spin wavesmagnon crystalband gapспиновые волнымагнонный кристаллзапрещенная зонаРоссийский научный фондRussian Science Foundation23-79-30027Российский научный фондRussian Science Foundation19-79-20121Гуляев Ю.В., Никитов С.А. // ДАН. Сер. Физика. 2001. Т. 380. С. 469.Kruglyak V.V., Dvornik M., Mikhaylovskiy R.V. et al. Metamaterial. / Ed. by X.-Y. Jiang. L.: InTechOpen, 2012. P. 341.Chumak A.V., Serga A.A., Hillebrands B. // J. Phys.: Appl. Phys. 2017. V. 50. № 24. P. 244001.Frey P., Nikitin A.A., Bozhko D.A. et al. // Commun. Phys. 2020. V. 3. № 1. Article No. 17.Goto T., Shimada K., NakamuraY. et al. // Phys. Rev. Appl. 2019. V. 11. № 1. P. 014033.Chumak A.V., Kabos V.P., Wu M. et al. // IEEE Trans. 2022. V. MAG-58. № 6. Article No. 0800172.Barman A., Gubbiotti G., Ladak S. et al. // J. Phys.: Cond. Matt. 2021. V. 33. № 41. P. 413001.Wang Q., Kewenig M., Schneider M. et al. // Nature Electronics. 2020. V. 3. № 12. V. 765.Sadovnikov A.V., Beginin E.N., Morozova M.A. et al. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. № 4. P. 042407.Wang Zh.K., Zhang V.L., Lim H.S. et al. // ACS Nano. 2010. V. 4. № 2. P. 643.Böttcher T., Ruhwedel M., Levchenko K.O. et al. // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 120. № 10. P. 102401.Wang Q., Verba R., Heinz B. et al. // arxiv.org/pdf/2207.01121.Sheshukova S.E., Beginin E.N., Sadovnikov A.V. et al. // IEEE Magnetics Lett. 2014. V. 5. Article No. 3700204.Дроздовский А.В., Черкасский М.А., Устинов А.Б. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. № 1. С. 17.Ustinov A.B., Kalinikos B.A., Demidov V.E., Demokritov S.O. // Phys. Rev. B.2010. V. 81. № 18. P. 180406.Morozova M.A., Lobanov N.D., Matveev O.V. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2023. V. 584. P. 171051.Collet M., Gladii O., Evelt M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 110. № 9. P. 092408.Evelt M., Demidov V.E., Bessonov V. // Appl. Phys. Lett. 2016. Т. 108. № 17. P. 172406.Morozova M.A., Matveev O.V., Romanenko D.V. et al. // Phys. Rev. B. 2024. V. 110. № 10. P. 104408.Morozova M.A., Matveev O.V., Markeev A.M. et al. // Phys. Rev. B. 2023. V. 108. № 17. P. 174407.Wang Q., Rippo P., Verba R. et al. // Science Advances. 2018. V. 4. № 1. P. e1701517.Gruszecki P., Kasprzak M., Serebryannikov A.E. et al. // Scientific Reports. 2016. V. 6. Article No. 22367.Qin H., Hämäläinen S.J., Arjas K. et al. // Phys. Rev. B. 2018. V. 98. № 22. P. 224422.Goto T., Yoshimoto T., Iwamoto B. et al. // Scientific Reports. 2019. V. 9. Article No. 16472.Wang Q., Chumak A.V., Pirro P. // Nature Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 2636.Wojewoda O., Holobrádek J., Pavelka D. et al. // Appl. Phys. Lett. 2024. V. 125. № 13. P. 132401.Sadovnikov A.V., Beginin E.N., Odincov S.A. et al. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 108. № 17. P. 172411.