RU224405U1 - Управляемая линия задержки на нутационных спиновых волнах - Google Patents
Управляемая линия задержки на нутационных спиновых волнах Download PDFInfo
- Publication number
- RU224405U1 RU224405U1 RU2023128402U RU2023128402U RU224405U1 RU 224405 U1 RU224405 U1 RU 224405U1 RU 2023128402 U RU2023128402 U RU 2023128402U RU 2023128402 U RU2023128402 U RU 2023128402U RU 224405 U1 RU224405 U1 RU 224405U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spin waves
- film
- nutation
- yig
- waves
- Prior art date
Links
- 230000005418 spin wave Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N gallium;gadolinium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Gd+3] ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к устройствам на нутационных спиновых волнах СВЧ и терагерцового диапазона, и может применяться в приемно-передающих устройствах. Техническая проблема заключается в расширении функциональных возможностей управления характеристиками СВ за счет высокочастотных спиновых волн – волн нутации. Техническим результатом является уменьшение габаритов линии задержки при преобразовании типов волн путём использования плёнок ЖИГ толщиной порядка десятков нанометров. Технический результат достигается тем, что управляемая линия задержки, содержащая подложку из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ), размещенную на ней эпитаксиальную ферритовую пленку из железо-иттриевого граната (ЖИГ), с микрополосковыми антеннами для возбуждения и приема спиновых волн, расположенные на концах верхней плоскости пленки ЖИГ, согласно решению, размеры пленки выбраны из условия обеспечения приема нутационных спиновых волн и лежат в диапазоне: ширина от 3 до 7 мкм, толщина пленки от 30 до 60 нм. 4 ил.
Description
Область техники
Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к устройствам на нутационных спиновых волнах СВЧ и терагерцового диапазона, и может применяться в приемно-передающих устройствах.
Уровень техники
В эпитаксиальных ферритовых пленках железо-иттриевого граната (ЖИГ), выращенных на немагнитной подложке гадолиний-галлиевого граната (ГГГ), могут возбуждаться два типа спиновых волн (СВ) - прецессионные и нутационные спиновые волны. Нутационные спиновые волны распространяются на терагерцовых частотах, что гораздо выше, чем частоты распространения прецессионных волн [Cherkasskii M., Farle M., Semisalova A. Dispersion relation of nutation surface spin waves in ferromagnets //Physical Review B. – 2021. – Т. 103. – №. 17. – С. 174435].
Известна управляемая линия задержки на СВ (см. патент США 4400669, МПК: Н03Н 2/00, опуб. 23.08.1983), состоящая из ферритовой пленки ЖИГ, входной и выходной микрополосковых антенн и металлического экрана, расположенного между антеннами. Регулировка времени задержки в такой линии задержки осуществляется изменением зазора между пленкой ЖИГ и металлическим экраном.
Недостатком данного устройства является наличие металлического экрана, приводящее к невзаимному распространению СВ.
Известно линия задержки на обратных объёмных СВ (см. патент США 4605911, МПК: Н03Н 2/00, опуб. 23.08.1983), включающая набор линий задержки для поверхностных и обратных объёмных СВ, таким образом создающих бездисперсионную линии задержки, а также магнитную подсистему, обеспечивающую равномерный магнитный поток, для управления временем задержки.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изменения времени задержки.
Известна управляемая линия задержки СВЧ-сигнала на СВ с управлением времени задержки при помощи электрического тока (см. патент США 3935550, МПК: Н03Н 7/14, опуб. 27.01.1976). Устройство, содержащее ферритовую пленку ЖИГ, выращенную на подложке из ГГГ, входной и выходной антенны СВЧ-сигнала и регулируемый током источник, позволяющий изменять время задержки в предложенном устройстве.
Недостатком данного устройства является использование дополнительного источника тока, приводящее к излишнему нагреву данного устройства, а также смещению его рабочих частот.
Наиболее близким к заявляемому решению является управляемая линия задержки на обменных спиновых волнах (см. патент РФ 2786486, МПК: H03H 9/30, опуб. 21.12.2022), содержащая эпитаксиальную ферритовую пленку ЖИГ, расположенную на немагнитном слое ГГГ, и дополнительно содержит второй немагнитный слой ГГГ, расположенный на поверхности ЖИГ с противоположной стороны от первого, образуя трёхслойную структуру ГГГ-ЖИГ-ГГГ. Таким образом используя обменные СВ оказывается возможным переход к более коротким длинам волн. Линии задержки
Недостатком прототипа является узкий частотный диапазон, а также усложнённая конструкции устройства, а именно добавление дополнительного ГГГ слоя.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническая проблема заключается в расширении функциональных возможностей управления характеристиками СВ за счет высокочастотных спиновых волн – волн нутации.
Техническим результатом является уменьшение габаритов линии задержки при преобразовании типов волн, путём использования плёнок ЖИГ толщиной порядка десятков нанометров.
Технический результат достигается тем, что управляемая линия задержки, содержащая подложку из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ), размещенную на ней эпитаксиальную ферритовую пленку из железо-иттриевого граната (ЖИГ), с микрополосковыми антеннами для возбуждения и приема спиновых волн, расположенные на концах верхней плоскости пленки ЖИГ, согласно решению, размеры пленки выбраны из условия обеспечения приема нутационных спиновых волн и лежат в диапазоне: ширина от 3 до 7 мкм, толщина пленки от 30 до 60 нм.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где фиг. 1 - конструкция устройства; фиг. 2 – расчет дисперсионных характеристик нутационных спиновых волн; фиг. 3 – расчет групповой скорости нутационных спиновых волн, как функция от волнового числа; фиг. 4 – расчет времени задержки нутационных спиновых волн, как функция от волнового числа.
Позициями на чертежах обозначено:
1 – входная микрополосковая антенна;
2 – подложка гадолиний-галлиевого граната (ГГГ);
3 – плёнка железо-иттриевого граната (ЖИГ);
4 – выходная микрополосковая антенна.
Осуществление полезной модели
Устройство (фиг. 1) содержит подложку, представляющую собой слой 2 из гадолиний-галлиевого граната (Gd3Ga5O12) с размерами ШхДхТ = 5×100×10 (мкм). На поверхности подложки ГГГ 2 сформирован магнитный нановолновод на основе пленки 3 железо-иттриевого граната (Y3Fe5O12), толщиной 50 нм и намагниченностью насыщения М0=139 Гс. На пленке ЖИГ 3 расположены входная 1 и выходная 4 микрополосковые антенны, обеспечивающие возбуждение и прием нутационных спиновых волн. Входная микрополосковая антенна 1 расположена на одном конце пленки ЖИГ 3, а выходная микрополосковая антенна 4 расположена на другом конце плёнки ЖИГ 3. Структура помещена во внешнее магнитное поле Н=2000 Э, направленное вдоль короткой оси пленки ЖИГ 3.
Принцип работы данной линии задержки заключается в том, что входной микроволновый сигнал, частота которого должна лежать в диапазоне частот, определяемым величиной внешнего постоянного магнитного поля, подается на 1. Далее микроволновый сигнал преобразуется в спиновую волну, распространяющуюся вдоль пленки ЖИГ 3, которая в свою очередь приводит к дополнительному движению намагниченности и созданию другого типа волн, нутационных спиновых волн. Низкоамплитудные нутационные спиновые резонансы могут быть обнаружены в терагерцовом частотном диапазоне для ферритовых плёнок. Таким образом, взаимодействие этих двух волн ввиду эффекта гибридизации приводит к изменению дисперсионной характеристики волнового процесса в структуре, что и позволяет реализовать управление свойствами волн и, соответственно, характеристиками устройства. При этом управление осуществляется путем воздействия на материальные характеристики слоя ЖИГ 3 при изменении приложенного к нему внешнего магнитного поля. Ввиду конечной ширины плёнки ЖИГ 3 при распространении нутационных спиновых волн реализуется многомодовый режим распространения.
На фигуре 2 показана дисперсионная характеристика для нутационных спиновых волн. Видно, что по сравнению с прототипом спектр распространения и существования нутационных спиновых волн находится в терагерцовом частотном диапазоне, и как следствие значительное уменьшение длины распространяющихся волн.
Далее были получены зависимости групповой скорости (см. фиг. 3) для различных значений волновых чисел нутационных спиновых волн. Из данной зависимости можно, отметить, что в начале спектра существования нутационных спиновых волн значение их групповой скорости достигает значений порядка 50 см/с.
На фигуре 4 приведена зависимость времени задержки от значения волновых чисел нутационных спиновых волн. Видно, что, изменяя величину внешнего магнитного поля, можно управлять диапазоном волновых чисел и тем самым изменять время задержки нутационных спиновых волн в предложенном устройстве.
Патентуемая управляемая линия задержки на нутационных спиновых волнах содержит немагнитную диэлектрическую подложку из ГГГ, размещенную на ней ферритовую пленку из ЖИГ, микрополосковые антенны для возбуждения и приема нутационных спиновых волна в пленке ЖИГ.
Ферритовая плёнка ЖИГ имеет ширину от 3 до 7 мкм, толщину от 30 до 60 нм.
Заявляемое устройство расширяет функциональные возможности линий задержек за счет использования нутационных спиновых волн.
Claims (1)
- Управляемая линия задержки, содержащая подложку из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ), размещенную на ней эпитаксиальную ферритовую пленку из железо-иттриевого граната (ЖИГ), с микрополосковыми антеннами для возбуждения и приема спиновых волн, расположенные на концах верхней плоскости пленки ЖИГ, отличающаяся тем, что размеры пленки выбраны из условия обеспечения приема нутационных спиновых волн и лежат в диапазоне: ширина от 3 до 7 мкм, толщина пленки от 30 до 60 нм.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU224405U1 true RU224405U1 (ru) | 2024-03-21 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000091813A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Sanyo Electric Co Ltd | 静磁波素子 |
| JP2013110735A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-06-06 | Kyocera Corp | 静磁波素子および静磁波装置 |
| JP2013187680A (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-19 | Kyocera Corp | 静磁波素子および静磁波装置 |
| JP2013207547A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Kyocera Corp | 静磁波素子及び静磁波装置 |
| JP2014023117A (ja) * | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Kyocera Corp | 静磁波素子および静磁波装置 |
| JP6017229B2 (ja) * | 2012-08-27 | 2016-10-26 | 京セラ株式会社 | 静磁波素子および静磁波装置 |
| WO2022051750A1 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-10 | Vida Products | Single crystal yig nanofilm fabricated by a metal organic deposition epitaxial growth process |
| RU2786486C1 (ru) * | 2022-10-10 | 2022-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Управляемая линия задержки на обменных спиновых волнах |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000091813A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Sanyo Electric Co Ltd | 静磁波素子 |
| JP2013110735A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-06-06 | Kyocera Corp | 静磁波素子および静磁波装置 |
| JP2013187680A (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-19 | Kyocera Corp | 静磁波素子および静磁波装置 |
| JP2013207547A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Kyocera Corp | 静磁波素子及び静磁波装置 |
| JP2014023117A (ja) * | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Kyocera Corp | 静磁波素子および静磁波装置 |
| JP6017229B2 (ja) * | 2012-08-27 | 2016-10-26 | 京セラ株式会社 | 静磁波素子および静磁波装置 |
| WO2022051750A1 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-10 | Vida Products | Single crystal yig nanofilm fabricated by a metal organic deposition epitaxial growth process |
| RU2786486C1 (ru) * | 2022-10-10 | 2022-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Управляемая линия задержки на обменных спиновых волнах |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Pirro, P., Bracher, T., Chumak, A. V., Lagel, B., Dubs, C., Surzhenko, O. Hillebrands, B. (2014). Spin-wave excitation and propagation in microstructured waveguides of yttrium iron garnet/Pt bilayers. Applied Physics Letters, 104(1), 012402. doi:10.1063/1.4861343. Ustinov, A.B., Drozdovskii, A.V., Nikitin, A.A. et al. Dynamic electromagnonic crystal based on artificial multiferroic heterostructure. Commun Phys 2, 137 (2019). https://doi.org/10.1038/s42005-019-0240-7. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Adam et al. | Microwave magnetostatic delay devices based on epitaxial yttrium iron garnet | |
| US5949311A (en) | Tunable resonators | |
| JP4444836B2 (ja) | 薄い金属膜に基づいた静磁波デバイス、これを製造するための方法、及びマイクロ波信号を処理するためのデバイスへの応用 | |
| Wu et al. | Nonreciprocal tunable low-loss bandpass filters with ultra-wideband isolation based on magnetostatic surface wave | |
| RU2623666C1 (ru) | Трехканальный направленный ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| Yang et al. | Low-loss magnetically tunable bandpass filters with YIG films | |
| Goto et al. | One-dimensional magnonic crystal with Cu stripes for forward volume spin waves | |
| US3696312A (en) | Cyclotron resonance devices controllable by electric fields | |
| RU2686584C1 (ru) | Управляемый ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах | |
| US2849684A (en) | Non-reciprocal wave transmission | |
| RU2594382C1 (ru) | Регулируемая свч линия задержки на поверхностных магнитостатических волнах | |
| Sharma et al. | Fabrication and characterization of microwave phase shifter in microstrip geometry with Fe film as the frequency tuning element | |
| RU2697724C1 (ru) | Функциональный элемент магноники | |
| RU2771455C1 (ru) | Мультиплексор на основе кольцевого резонатора | |
| RU166410U1 (ru) | Частотно-избирательный ответвитель мощности на основе латерально связанных мультиферроидных структур | |
| US4188594A (en) | Fixed frequency filters using epitaxial ferrite films | |
| RU2736286C1 (ru) | Управляемый четырехканальный пространственно распределённый мультиплексор на магнитостатических волнах | |
| US2849686A (en) | Ferromagnetic devices | |
| RU224405U1 (ru) | Управляемая линия задержки на нутационных спиновых волнах | |
| RU2706441C1 (ru) | Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла | |
| RU2702916C1 (ru) | Устройство на магнитостатических волнах для пространственного разделения свч-сигналов разного уровня мощности | |
| RU173566U1 (ru) | Управляемый спин-волновой концентратор свч мощности | |
| Celinski et al. | Planar magnetic devices for signal processing in the microwave and millimeter wave frequency range | |
| Weiss | The Reggia‐Spencer Microwave Phase Shifter | |
| RU215445U1 (ru) | Делитель свч-сигнала на основе структуры ферромагнетик-антиферромагнетик |