Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences68751810.31857/S0033849425040122FRRDBYON THE 70th ANNIVERSARY OF S.A. NIKITOVК 70-ЛЕТИЮ С.А. НИКИТОВАResearch ArticleDispersion and polarization characteristics of waveguide modes of exchange spin waves in epitaxial YIG filmsДисперсионные и поляризационные характеристики волноводных мод обменных спиновых волн в эпитаксиальных пленках железоиттриевого гранатаPtashenkoA. S.ПташенкоА. С.
Russian Federation
andrey.po3@mail.ruTikhonovV. V.ТихоновВ. В.
Russian Federation
andrey.po3@mail.ruSadovnikovA. V.СадовниковА. В.
Russian Federation
andrey.po3@mail.ruSaratov National Research State University named after N.G. ChernyshevskyCаратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского1504202570441842614072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0033-8494/article/view/687518

The properties of exchange spin waves (ESW) in epitaxial films of yttrium iron garnet (YIG) are investigated in this paper. A comprehensive analysis of the peculiarities of excitation, propagation, and interaction of ESW is carried out, taking into account their anisotropic properties. A methodology for calculating the dispersion and energy characteristics of waveguide modes of ESW for various directions of wave propagation in tangentially magnetized YIG films is proposed. It is established that the presence of both elliptical and linear polarization of precession waves leads to the deformation of the trajectory of the magnetization precession vector and a change in the orientation of the symmetry axes of the elliptical trajectory. Good agreement between the calculated and measured characteristics of ESW has been experimentally confirmed. The obtained results allow for the creation of new types of functional devices for information transmission, storage, and processing based on short-wavelength exchange spin waves.

Исследованы свойства обменных спиновых волн (ОСВ) в эпитаксиальных пленках железоиттриевого граната (ЖИГ). Проведен комплексный анализ особенностей возбуждения, распространения и взаимодействия ОСВ с учетом их анизотропных свойств. Предложена методика расчета дисперсионных и энергетических характеристик волноводных мод ОСВ для различных направлений распространения волн в касательно намагниченных пленках ЖИГ. Установлено, что наличие как эллиптической, так и линейной поляризации волн прецессии приводит к деформации траектории прецессии вектора намагниченности и изменению ориентации осей симметрии эллиптической траектории. Экспериментально подтверждено хорошее согласие между расчетными и измеренными характеристиками ОСВ. Полученные результаты позволяют создавать новые типы функциональных устройств для передачи, хранения и обработки информации на основе коротковолновых обменных спиновых волн.

exchange spin wavesepitaxial yttrium iron garnet filmswaveguide modesdispersion characteristicsprecession wave polarizationmagnetization decayspintronicsmagnonicslayered structure diagnosticsnon-destructive controlобменные спиновые волныэпитаксиальные пленки железоиттриевого гранатаволноводные модыдисперсионные характеристикиполяризация волн прецессииспад намагниченностиспинтроникамагноникадиагностика слоистой структурынеразрушающий контрольРоссийский научный фондRussian Science Foundation23-79-30027Wolf S.A., Awschalom D.D., Buhrman R.A. et al. // Science. 2001. V. 294. № 5546. P. 1488.Zutic I., Fabian J., Sarma S.D. // Rev. Mod. Phys. 2004. V. 76. № 2. P. 323.Bader S.D., Parkin S.S.P. // Annual Rev. Cond. Matt. Physi. 2010. V. 1. P. 71.Wolf S.A., Chtchelkanova A.Y., Treger D.M. // IBM J. Research and Development. 2006. V. 50. № 1. P. 101.Fert A. // Rev. Mod. Phys. 2008. V. 80. № 4. P. 1517.Ohno H. // Nature Materi. 2010. V. 9. № 9. P. 952.Hirohata A., Yamada K., Nakatani Y. et al. // J. Magn. Magn. Mater. V. 509. Article No. 166711.Kruglyak V.V., Demokritov S.O., Grundler D. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. № 26. Article No. 264001.Hикитов С.А., Калябин Д.В., Лисенков И.В. и др. // Успехи физ. наук. 2015. Т. 185. № 10. С. 1099.Barman A., Gubbiotti G., Ladak S. et al. // J. Phys.: Cond. Matt. 2024. V. 33. № 41. Article No. 413001.Pirro P., Vasyuchka V.I., Serga A.A., Hillebrands B. // Nature Rev. Mater. 2021. V. 6. № 12. P. 1114.Aхиезер А.И., Барьяхтар В.Г., Каганов М.И. // Успехи физ. наук. 1960. Т. 71. № 4. С. 533. Т. 72. № 1. С. 3.Odintsov S.A., Sheshukova S.E., Nikitov S.A., Sadovnikov A.V. // Phys. Rev. Appl. 2024. V. 22. № 1. P. 014042.Suhl H. // J. Phys. Chem. Sol. 1957. V. 1. № 3–4. P. 209.Martyshkin A.A., Sheshukova S.E., Sadovnikov A.V. // Appl. Phys. Lett. 2024. V. 124. № 9. P. 092413. https://doi.org/10.1063/5.0190510Tikhonov V.V., Ptashenko A.S., Sadovnikov A.V. // J. Magn. Magn. Mater. 2024. V. 605. Article No. 172331. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172331De Wames R.E., Wolfram T. // J. Appl. Phys. 1970. V. 41. № 3. P. 987.Adam J.D., O’Keeffe T.W., Patterson R.W. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. № B3. P. 2446.Tikhonov V.V., Lock E.H., Ptashenko A.S., Sadovnikov A.V. // J. Magn. Magn. Mater. 2024. V. 587. Article No. 171251.Шевцов В.С., Амеличев В.В., Васильев Д.В. и др. // Изв. РАН. Сер. Физ. 2022. V. 86. № 9. С. 1247.Барабанов А.Л. Симметрии и спин-угловые корреляции в реакциях и распадах. М.: Физматлит, 2022.