RU2702915C1 - Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure - Google Patents

Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure Download PDF

Info

Publication number
RU2702915C1
RU2702915C1 RU2019102092A RU2019102092A RU2702915C1 RU 2702915 C1 RU2702915 C1 RU 2702915C1 RU 2019102092 A RU2019102092 A RU 2019102092A RU 2019102092 A RU2019102092 A RU 2019102092A RU 2702915 C1 RU2702915 C1 RU 2702915C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grooves
functional component
msw
ferromagnetic layers
msws
Prior art date
Application number
RU2019102092A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Бегинин
Александр Владимирович Садовников
Павел Александрович Попов
Анна Юрьевна Шараевская
Дмитрий Владимирович Калябин
Александр Иванович Стогний
Мария Александровна Морозова
Сергей Аполлонович Никитов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority to RU2019102092A priority Critical patent/RU2702915C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2702915C1 publication Critical patent/RU2702915C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/215—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
    • H01P1/218—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material the ferromagnetic material acting as a frequency selective coupling element, e.g. YIG-filters

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: invention can be used for designing devices on magnetostatic waves. Essence of the invention lies in the fact that the functional component of magnonics contains a substrate from a nonmagnetic dielectric material, ferromagnetic layers of iron-yttrium garnet (IYG), microstrip converters for excitation and reception of magnetostatic spin waves (MSW), magnetic field source, wherein is made in the form of multilayer 3D structure, which includes external and internal ferromagnetic layers, separated from each other by a layer of non-magnetic substance and located one above the other, substrate surface in cross-section has the shape of a meander formed by a set of periodic grooves, the longitudinal axis of which is perpendicular to the propagation direction of the MSW, outer and inner ferromagnetic layers have period coinciding with period of ledges formed by grooves on substrate surface, side faces and slots, and magnetic field of magnetic field source is oriented perpendicular to substrate plane with possibility of excitation in both ferromagnetic layers of volume MSW.
EFFECT: enabling multi-mode propagation mode MSW and possibility of receiving forward and inverse three-dimensional MSW.
10 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано при конструировании приборов на магнитостатических волнах в гигагерцовом диапазоне частот.The invention relates to microwave technology and can be used in the design of devices on magnetostatic waves in the gigahertz frequency range.

Устройства на магнитостатических спиновых волнах (МСВ) обладают возможностью перестройки параметров (коэффициенты передачи, время задержки) и частотных режимов работы за счет как величины, так и угла магнитного поля (см., например, обзор «Магноника - новое направление спинтроники и спин-волновой электроники», УФЫ, т. 185, №10, 2015, с.с. 1099-1128). Эти характеристики позволяют реализовать устройства для обработки сигналов с множеством функций, например, задержки сигналов, направленного ответвления, фильтрации и пр. Технологии микроэлектроники дают возможность выполнить на подложках магнитные пленки с особой конфигурацией, толщиной и различными параметрами. Описано устройство на основе магнонного кристалла, используемый для управления частотой спиновых волн (WO 2009145579 А2, Magnonic crystal spin wave device capable of controlling spin wave frequency, Seoul National University Industry Foundation, 03.12.2009). Устройство состоит из волновода на основе тонкой магнитной пленки. Волновод имеет три секции, одна из которых представляет собой периодическую структуру - магнонный кристалл, образованный путем периодического изменения ширины либо толщины ферромагнитной пленки. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности управления свойствами спектра спиновых волн путем изменения управляющих параметров.Magnetostatic spin wave (MSW) devices have the ability to tune parameters (transmission coefficients, delay time) and frequency modes of operation due to both magnitude and magnetic field angle (see, for example, the review “Magnonika - a new direction of spintronics and spin-wave Electronics ”, UFY, t. 185, No. 10, 2015, S.S. 1099-1128). These characteristics make it possible to implement devices for processing signals with many functions, for example, signal delay, directional branching, filtering, etc. Microelectronic technologies make it possible to perform magnetic films on substrates with a special configuration, thickness, and various parameters. A device based on a magnon crystal used to control the frequency of spin waves is described (WO 2009145579 A2, Magnonic crystal spin wave device capable of controlling spin wave frequency, Seoul National University Industry Foundation, 03/03/2009). The device consists of a waveguide based on a thin magnetic film. The waveguide has three sections, one of which is a periodic structure - a magnon crystal formed by periodically changing the width or thickness of the ferromagnetic film. The disadvantage of this device is the inability to control the properties of the spectrum of spin waves by changing the control parameters.

Наиболее близким к патентуемому устройству является функциональный компонент магноники - пленочный магнито-оптический демультиплексор (GB 1531883 (A), INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION, USA, 18.03.1976 - прототип). В данном устройстве управление фазой светового пучка осуществляется путем изменения магнитного поля и поворота плоскости поляризации света. Устройство также может выполнять функции мультиплексора, в случае дополнительного использования поляризаторов и анализаторов. Недостатком устройства является отсутствие возможности управляемой в широком частотном диапазоне перестройки сигнала и многоблочное исполнение устройства.Closest to the patented device is a functional component of magnonics - film magneto-optical demultiplexer (GB 1531883 (A), INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION, USA, 03/18/1976 - prototype). In this device, the phase control of the light beam is carried out by changing the magnetic field and rotating the plane of polarization of light. The device can also serve as a multiplexer, in the case of additional use of polarizers and analyzers. The disadvantage of this device is the lack of control over a wide frequency range of signal tuning and multi-block device execution.

Настоящее изобретение направлено на решение проблемы создания функционального компонента магноники, обладающего расширенными возможностями в части реализации многомодового режима и управления характеристиками магнитостатических волн.The present invention is directed to solving the problem of creating a functional component of magnonics, which has advanced capabilities in terms of the implementation of multimode mode and control the characteristics of magnetostatic waves.

Функциональный компонент магноники содержит подложку из немагнитного диэлектрика, ферромагнитные слои железоиттриевого граната (ЖИГ), микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема магнитостатических спиновых волн (МСВ), источник магнитного поля.The functional component of magnonics contains a nonmagnetic dielectric substrate, ferromagnetic layers of yttrium iron garnet (YIG), microstrip transducers for exciting and receiving magnetostatic spin waves (MSW), and a magnetic field source.

Отличие состоит в том, что он выполнен в виде многослойной 3D структуры, включающей внешний и внутренний ферромагнитные слои, отделенные друг от друга прослойкой немагнитного вещества и расположенные один над другим. Поверхность подложки в сечении имеет форму меандра, образованного совокупностью периодических канавок, продольная ось которых перпендикулярна направлению распространения МСВ. Внешний и внутренний ферромагнитные слои имеют период, совпадающий с периодом образованных канавками на поверхности подложки выступов, боковых граней и пазов, а магнитное поле источника магнитного поля ориентировано перпендикулярно к плоскости подложки с возможностью возбуждения в обоих ферромагнитных слоях объемных МСВ.The difference is that it is made in the form of a multilayer 3D structure, including the external and internal ferromagnetic layers, separated from each other by a layer of non-magnetic substance and located one above the other. The surface of the substrate in the cross section has the shape of a meander formed by a set of periodic grooves, the longitudinal axis of which is perpendicular to the direction of propagation of the MSW. The outer and inner ferromagnetic layers have a period coinciding with the period of protrusions, lateral faces and grooves formed by grooves on the substrate surface, and the magnetic field of the magnetic field source is oriented perpendicular to the plane of the substrate with the possibility of excitation of bulk MSWs in both ferromagnetic layers.

Компонент может характеризоваться тем, что внешний и внутренний ферромагнитные слои повторяют контуры выступов, боковых граней и пазов, образованных канавками на поверхности подложки таким образом, что выступу на внутреннем ферромагнитном слое соответствует выступ на внешнем ферромагнитном слое, а также тем, что внешний ферромагнитный слой повторяет контур внутреннего ферромагнитного слоя, образованного на выступах, боковых гранях и пазах канавок на поверхности подложки таким образом, что выступу на внутреннем ферромагнитном слое соответствует паз на внешнем ферромагнитном слое. Подложка и прослойка немагнитного вещества могут быть выполнены из галлий-гадолиниевого граната.The component can be characterized in that the outer and inner ferromagnetic layers follow the contours of the protrusions, side faces and grooves formed by grooves on the surface of the substrate so that the protrusion on the inner ferromagnetic layer corresponds to the protrusion on the outer ferromagnetic layer, and also that the outer ferromagnetic layer repeats the contour of the inner ferromagnetic layer formed on the protrusions, side faces and grooves of the grooves on the surface of the substrate so that the protrusion on the inner ferromagnetic layer with corresponds to the groove on the outer ferromagnetic layer. The substrate and a layer of non-magnetic substance can be made of gallium-gadolinium garnet.

Компонент может характеризоваться и тем, что глубина w канавок составляет от 0,1 до 0,5 толщины d ферромагнитных слоев, период Т канавок составляет от 50 до 100 толщины d ферромагнитных слоев, а кроме того, тем, что прослойка немагнитного вещества имеет толщину S в диапазоне от 0,5 до 10,0 мкм.The component can be characterized by the fact that the depth w of the grooves is from 0.1 to 0.5 of the thickness d of the ferromagnetic layers, the period T of the grooves is from 50 to 100 of the thickness d of the ferromagnetic layers, and in addition, the interlayer of a non-magnetic substance has a thickness S in the range from 0.5 to 10.0 microns.

Протяженность ферромагнитных слоев в направлении распространения МСВ может составлять от 5000 до 6000 мкм при ширине b=150-250 мкм и толщине d=0,5-2,5 мкм, а ферромагнитные слои - намагниченность М насыщения в диапазоне от 130 до 150 Гс.The length of the ferromagnetic layers in the direction of propagation of the MSW can be from 5000 to 6000 μm with a width of b = 150-250 μm and a thickness of d = 0.5-2.5 μm, and ferromagnetic layers - the magnetization M of saturation in the range from 130 to 150 G.

Компонент может характеризоваться, кроме того, тем, что микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема МСВ размещены вдоль длины внешнего и внутреннего ферромагнитных слоев и/или на выступах и/или на боковых гранях выступов и/или в пазах, образованных канавками, с возможностью приема прямых и обратных объемных МСВ.The component can also be characterized by the fact that microstrip transducers for exciting and receiving MSWs are placed along the length of the outer and inner ferromagnetic layers and / or on the protrusions and / or on the side faces of the protrusions and / or in the grooves formed by grooves, with the possibility of receiving straight and inverse bulk MSWs.

Компонент может характеризоваться, также тем, что в режиме демультиплексора микрополосковый преобразователь для возбуждения объемных МСВ размещен на одном конце внутреннего ферромагнитного слоя вдоль его длины, а микрополосковые преобразователи для приема объемных МСВ размещены на другом конце внутреннего ферромагнитного слоя, а также на концах внешнего ферромагнитного слоя вдоль его длины, и выполнены с возможностью приема прямых объемных МСВ на выступах и в пазах, образованных канавками.The component can also be characterized by the fact that in the demultiplexer mode, a microstrip transducer for exciting bulk MSWs is placed at one end of the inner ferromagnetic layer along its length, and microstrip transducers for receiving bulk MSWs are located at the other end of the inner ferromagnetic layer, as well as at the ends of the outer ferromagnetic layer along its length, and made with the possibility of receiving direct volumetric MSW on the protrusions and in the grooves formed by the grooves.

Компонент может характеризоваться, и тем, что в режиме демультиплексора микрополосковый преобразователь для возбуждения объемных МСВ размещен на одном конце внутреннего ферромагнитного слоя вдоль его длины, а микрополосковые преобразователи для приема объемных МСВ размещены на другом конце внутреннего ферромагнитного слоя, а также на концах внешнего ферромагнитного слоя вдоль его длины, и выполнены с возможностью приема обратных объемных МСВ на боковых гранях выступов, образованных канавками.The component can also be characterized by the fact that in the demultiplexer mode, a microstrip transducer for exciting bulk MSWs is placed at one end of the inner ferromagnetic layer along its length, and microstrip transducers for receiving bulk MSWs are located at the other end of the inner ferromagnetic layer, as well as at the ends of the outer ferromagnetic layer along its length, and made with the possibility of receiving inverse volume MSW on the side faces of the protrusions formed by grooves.

Технический результат - расширение функциональных возможностей в телекоммуникационных системах с большой плотностью информационного сигнала за счет обеспечения многомодового режима распространения МСВ и возможности приема прямых и обратных объемных МСВ.The technical result is the expansion of functionality in telecommunication systems with a high density of the information signal by providing a multimode mode of propagation of MSWs and the possibility of receiving forward and reverse bulk MSWs.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:The invention is illustrated in the drawings, where:

фиг. 1 - показан принцип выполнения многослойной ферромагнитной структуры при симметричном расположении выступов и пазов в направлении перпендикулярном плоскости подложки;FIG. 1 - shows the principle of a multilayer ferromagnetic structure with a symmetrical arrangement of protrusions and grooves in the direction perpendicular to the plane of the substrate;

фиг. 2 - пример выполнения многослойной ферромагнитной структуры при антисимметричном расположении выступов и пазов и размещение микрополосковых преобразователей МСВ (укрупнено).FIG. 2 - an example of a multilayer ferromagnetic structure with an antisymmetric arrangement of the protrusions and grooves and the placement of microstrip transducers MSV (enlarged).

Патентуемый функциональный компонент на магнитостатических спиновых волнах содержит подложку 1 из немагнитного диэлектрика, например, из галлий-гадолиниевого граната, на которой выполнена многослойная 3D структура. Поверхность подложки 1 в сечении имеет форму меандра, образованного совокупностью периодических канавок 2, продольная ось 21 которых перпендикулярна направлению распространения МСВ.The patented functional component on magnetostatic spin waves contains a substrate 1 of a non-magnetic dielectric, for example, gallium-gadolinium garnet, on which a multilayer 3D structure is made. The surface of the substrate 1 in cross section has the shape of a meander formed by a set of periodic grooves 2, the longitudinal axis 21 of which is perpendicular to the direction of propagation of the MSW.

Многослойная 3D структура включает внешний 31 и внутренний 32 ферромагнитные слои, отделенные друг от друга прослойкой 4 немагнитного вещества толщиной G и расположенные один над другим. Ферромагнитные слои 31 и 32 представляют собой пленки железоиттриевого граната (ЖИГ). Компонент содержит ряд микрополосковых преобразователей для возбуждения и приема МСВ, а также источник магнитного поля (на фигуре не показан).The multilayer 3D structure includes an external 31 and an internal 32 ferromagnetic layers, separated from each other by a layer 4 of non-magnetic material of thickness G and located one above the other. The ferromagnetic layers 31 and 32 are films of yttrium iron garnet (YIG). The component contains a number of microstrip transducers for exciting and receiving MSWs, as well as a magnetic field source (not shown in the figure).

Вектор Н напряженности магнитного поля направлен по нормали к плоскости подложки 1 с образованной на ее поверхности структурой и совпадает с направлением Z тройки векторов (показанной на фиг. 1). Направление X совпадает с длиной подложки 1 структуры, направление Y - с шириной b структуры. Внешний источник магнитного поля выполнен регулируемым в диапазоне напряженностей Н=2-10 кЭ.The vector H of the magnetic field is directed normal to the plane of the substrate 1 with the structure formed on its surface and coincides with the direction Z of the triple of vectors (shown in Fig. 1). The X direction coincides with the length of the substrate 1 of the structure, the Y direction coincides with the width b of the structure. An external source of magnetic field is made adjustable in the range of intensities N = 2-10 kOe.

Внешний 31 и внутренний 32 ферромагнитные слои имеют период Т, совпадающий с периодом t образованных канавками 2 на поверхности подложки 1 выступов 22, боковых граней 23 и пазов 24. Период Т канавок 2 выбран таким, чтобы толщина d ферромагнитных слоев 31, 32 была много меньше других линейных размеров структуры.The outer 31 and inner 32 ferromagnetic layers have a period T coinciding with a period t formed by grooves 2 on the surface of the substrate 1 of the protrusions 22, side faces 23 and grooves 24. The period T of the grooves 2 is chosen so that the thickness d of the ferromagnetic layers 31, 32 is much smaller other linear dimensions of the structure.

Толщина d ферромагнитных слоев 31,32 выбирается в диапазоне 0,1-10 мкм. Глубина канавок w (w1) не превышает двух толщин d ферромагнитной пленки и определяется желаемыми свойствами фильтрации объемных МСВ.The thickness d of the ferromagnetic layers 31,32 is selected in the range of 0.1-10 μm. The depth of the grooves w (w 1 ) does not exceed two thicknesses d of the ferromagnetic film and is determined by the desired filtration properties of bulk MSWs.

На фиг. 1 показана топология структуры при симметричном расположении выступов 22 и пазов 24 в направлении перпендикулярном плоскости подложки 1. Соответственно ферромагнитные слои 31, 32 повторяют контуры выступов 22, боковых граней 23 и пазов 24 таким образом, что выступу 221 на внутреннем ферромагнитном слое 32 соответствует выступ 22 на внешнем ферромагнитном слое 31.In FIG. 1 shows the structure topology with a symmetrical arrangement of the protrusions 22 and the grooves 24 in the direction perpendicular to the plane of the substrate 1. Accordingly, the ferromagnetic layers 31, 32 follow the contours of the protrusions 22, side faces 23 and grooves 24 so that the protrusion 221 on the inner ferromagnetic layer 32 corresponds to the protrusion 22 on the outer ferromagnetic layer 31.

На фиг. 2 показан пример выполнения многослойной ферромагнитной 3D структуры при антисимметричном расположении выступов 22 и пазов 24: выступу 221 на внутреннем ферромагнитном слое 32 соответствует паз 24 на внешнем ферромагнитном слое 31.In FIG. Figure 2 shows an example of a multilayer ferromagnetic 3D structure with an antisymmetric arrangement of the protrusions 22 and the grooves 24: the protrusion 221 on the inner ferromagnetic layer 32 corresponds to the groove 24 on the outer ferromagnetic layer 31.

Глубина w (w1) канавок 2 составляет от 0,1 до 0,5 толщины d ферромагнитных слоев 31,32, период Т канавок 2 составляет от 50 до 100 толщины d ферромагнитных слоев 31, 32.The depth w (w 1 ) of the grooves 2 is from 0.1 to 0.5 of the thickness d of the ferromagnetic layers 31,32, the period T of the grooves 2 is from 50 to 100 of the thickness d of the ferromagnetic layers 31, 32.

Прослойка 4 немагнитного вещества, которым, в частности, может быть пленка галлий-гадолиниевого граната, имеет неравномерную толщину S по направлению X по длине подложки 1, обусловленную формой меандра и имеет минимальный размер G. Величина связи мод МСВ обратно пропорциональна G. Толщина S находится в диапазоне от 0,5 до 10,0 мкм. Прослойка может быть выполнена из любого диэлектрика, в том числе в виде воздушного зазора.The interlayer 4 of non-magnetic substance, which, in particular, can be a gallium-gadolinium garnet film, has an uneven thickness S along the X direction along the length of the substrate 1, due to the shape of the meander and has a minimum size G. The magnitude of the coupling of the MSW modes is inversely proportional to G. The thickness S is in the range from 0.5 to 10.0 microns. The interlayer can be made of any dielectric, including in the form of an air gap.

Протяженность ферромагнитных слоев 31, 32 в направлении распространения МСВ (направление X) составляет от 5000 до 6000 мкм при ширине b=150-250 мкм (направление Y) и толщине d=0,5-2,5 мкм. Ферромагнитные слои 31, 32 имеют намагниченность М насыщения в диапазоне от 130 до 150 Гс.The length of the ferromagnetic layers 31, 32 in the direction of propagation of the MSW (X direction) is from 5000 to 6000 μm with a width of b = 150-250 μm (Y direction) and a thickness of d = 0.5-2.5 μm. The ferromagnetic layers 31, 32 have a magnetization M saturation in the range from 130 to 150 G.

Микрополосковые преобразователи 51, 52, 53, 54 для возбуждения и приема МСВ могут быть размещены вдоль длины (в направлении X) внешнего 31 и внутреннего 32 ферромагнитных слоев на выступах 22, на их боковых гранях 23 и/или в пазах 24, образованных канавками 2, с возможностью приема прямых и обратных объемных МСВ. Соответственно преобразователи 51, 52, 53, 54 являются входными и выходными портами устройства обработки сигналов.Microstrip converters 51, 52, 53, 54 for exciting and receiving MSWs can be placed along the length (in the X direction) of the outer 31 and inner 32 ferromagnetic layers on the protrusions 22, on their side faces 23 and / or in the grooves 24 formed by grooves 2 , with the ability to receive forward and reverse surround MSW. Accordingly, the converters 51, 52, 53, 54 are input and output ports of the signal processing device.

Например, при реализации демультиплексора мощности СВЧ сигнала на основе патентуемого компонента входной микрополосковый преобразователь 51 для возбуждения объемных МСВ конструктивно может быть размещен на одном конце 321 внутреннего ферромагнитного слоя 32. Микрополосковые преобразователи 52, 53, 54 для приема объемных МСВ, то есть выходные порты демультиплексора, размещены на другом конце 322 пленки внутреннего ферромагнитного слоя 32, а также на концах 311, 312 внешнего ферромагнитного слоя 31. Микрополосковые преобразователи 52, 53, 54 могут размещаться для приема прямых и обратных объемных МСВ на боковых гранях выступов 22 и/или в пазах 24, образованных канавками 2.For example, when implementing a microwave signal power demultiplexer based on a patented component, the input microstrip converter 51 for exciting bulk MSWs can be structurally placed on one end 321 of the inner ferromagnetic layer 32. The microstrip converters 52, 53, 54 for receiving bulk MSWs, that is, the output ports of the demultiplexer placed on the other end 322 of the film of the inner ferromagnetic layer 32, as well as on the ends 311, 312 of the outer ferromagnetic layer 31. Microstrip converters 52, 53, 54 can to receive direct and inverse bulk MSWs on the lateral faces of the protrusions 22 and / or in the grooves 24 formed by the grooves 2.

Преимуществом патентуемого компонента является возможность функционировать в многомодовом режиме за счет наличия связи между расположенными один над другим ферромагнитными слоями 31, 32 пленок ЖИГ и распространяющимися в этой многослойной структуре объемными МСВ. Это позволяет расширить функциональные возможности телекоммуникационных систем с большой плотностью информационного сигнала, в частности использовать патентуемый функциональный компонент при реализации, например, делителя мощности (RU 2666969) или направленного ответвителя (RU 2623666) в магнонных сетях.An advantage of the patented component is the ability to function in multimode mode due to the presence of a bond between the YIG films located one above the other on the ferromagnetic layers 31, 32 and bulk MSWs propagating in this multilayer structure. This allows you to expand the functionality of telecommunication systems with a high density of the information signal, in particular, to use the patented functional component when implementing, for example, a power divider (RU 2666969) or a directional coupler (RU 2623666) in magnon networks.

В зависимости от места расположения микрополосковых преобразователей возможно снимать сигналы с разным фазовым набегом. Ввиду наличия периодичности обеих вертикальных структур, для данного демультиплексора имеются, во-первых, запрещенные зоны на периодах соответствующих брэгговским. При параметре, когда глубина канавок w больше толщины d ферромагнитных слоев 31, 32 (w>d), возможно подавление сигнала за счет преобразования волны из прямой объемной МСВ в обратную объемную МСВ на границах (П.А.Попов, А.Ю.Шараевская, Д.В. Калябин, А.И. Стогний, Е.Н.Бегинин, А.В.Садовников, С.А.Никитов, Объемные спиновые магнитостатические волны в трехмерных ферромагнитных структурах // Радиотехника и Электроника, 2018, том 63, No 12, с. 1-9).Depending on the location of the microstrip converters, it is possible to record signals with different phase incursions. Due to the periodicity of both vertical structures, for this demultiplexer there are, firstly, forbidden zones at periods corresponding to the Bragg ones. With a parameter when the depth of the grooves w is greater than the thickness d of the ferromagnetic layers 31, 32 (w> d), it is possible to suppress the signal by converting the wave from the direct bulk MSW to the inverse volume MSW at the boundaries (P.A. Popov, A.Yu. Sharaevskaya , D.V. Kalyabin, A.I. Stogniy, E.N. Beginin, A.V. Sadovnikov, S.A. Nikitov, Volume spin magnetostatic waves in three-dimensional ferromagnetic structures // Radio Engineering and Electronics, 2018, Volume 63, No. 12, p. 1-9).

Принцип действия патентуемого многослойного компонента в качестве демультиплексора обеспечивается за счет нелинейного перераспределения сигнала на связанных модах колебаний МСВ. В зависимости от входной мощности и фазы СВЧ сигнала импульс выйдет через один из выходных портов структуры. Входным портом СВЧ сигнала для возбуждения МСВ во внутреннем ферромагнитном слое 32 является микрополосковый преобразователь 51, а выходными портами - преобразователи 52, 53, 54. В зависимости от величины Н управляющего магнитного поля, после возбуждения входным преобразователем 51 объемная МСВ распространяется либо в том же канале, а именно в слое 32 и принимается выходным преобразователем 52, либо за счет связи волноводных каналов возбуждается во втором канале, а именно в слое 31 и принимается выходными преобразователями 53, 54. Таким образом, возможно переключение сигнала из порта в порт, перекачка, а также полное подавление сигнала в зависимости от параметров подаваемого управляющего импульса. Кроме того, принципиальная схема устройств на связанных модах колебаний является более простой, так как не требует дополнительных элементов: фазовращателей, аттенюаторов и делителей мощности, поскольку все эти функции могут быть реализованы самой связанной структурой. Существует также дополнительная возможность управления описанными выше эффектами посредством изменения внешнего магнитного поля (Морозова М.А, Матвеев О.В., Шараевский Ю.П. // ФТТ, т. 58, вып. 10, с. 1899-1906, 2016).The principle of operation of the patented multilayer component as a demultiplexer is ensured by the nonlinear signal redistribution on the coupled modes of MSW oscillations. Depending on the input power and phase of the microwave signal, the pulse will exit through one of the output ports of the structure. The input port of the microwave signal for excitation of the MSW in the inner ferromagnetic layer 32 is a microstrip converter 51, and the output ports are the converters 52, 53, 54. Depending on the magnitude H of the control magnetic field, after excitation by the input converter 51, the volume MSW is either distributed in the same channel namely, in the layer 32 it is received by the output transducer 52, or due to the coupling of the waveguide channels it is excited in the second channel, namely in the layer 31 it is received by the output transducers 53, 54. Thus, You can switch the signal from port to port, transfer, as well as complete suppression of the signal depending on the parameters of the supplied control pulse. In addition, the circuit diagram of devices with coupled modes of oscillation is simpler, since it does not require additional elements: phase shifters, attenuators, and power dividers, since all these functions can be realized by the connected structure itself. There is also an additional ability to control the effects described above by changing the external magnetic field (Morozova M.A., Matveev O.V., Sharaevsky Yu.P. // FTT, v. 58, issue 10, p. 1899-1906, 2016) .

Следует ожидать, что патентуемый компонент позволит расширить функциональные возможности в телекоммуникационных системах с большой плотностью информационного сигнала за счет обеспечения многомодового режима распространения МСВ и возможности приема прямых и обратных объемных МСВ.It should be expected that the patented component will expand the functionality in telecommunication systems with a high density of the information signal by providing a multi-mode propagation mode of MSWs and the possibility of receiving forward and reverse bulk MSWs.

Claims (14)

1. Функциональный компонент магноники, содержащий подложку из немагнитного диэлектрика, ферромагнитные слои железоиттриевого граната (ЖИГ), микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема магнитостатических спиновых волн (МСВ), источник магнитного поля,1. The functional component of magnonics, containing a substrate of non-magnetic dielectric, ferromagnetic layers of yttrium iron garnet (YIG), microstrip converters for excitation and reception of magnetostatic spin waves (MSW), a magnetic field source, отличающийся тем, чтоcharacterized in that выполнен в виде многослойной 3D структуры, включающей внешний и внутренний ферромагнитные слои, отделенные друг от друга прослойкой немагнитного вещества и расположенные один над другим, при этомmade in the form of a multilayer 3D structure, including the external and internal ferromagnetic layers, separated from each other by a layer of non-magnetic substance and located one above the other, while поверхность подложки в сечении имеет форму меандра, образованного совокупностью периодических канавок, продольная ось которых перпендикулярна направлению распространения МСВ, причемthe surface of the substrate in cross section has the shape of a meander formed by a set of periodic grooves, the longitudinal axis of which is perpendicular to the direction of propagation of the MSW, and внешний и внутренний ферромагнитные слои имеют период, совпадающий с периодом образованных канавками на поверхности подложки выступов, боковых граней и пазов, а магнитное поле источника магнитного поля ориентировано перпендикулярно к плоскости подложки с возможностью возбуждения в обоих ферромагнитных слоях объемных МСВ.the outer and inner ferromagnetic layers have a period coinciding with the period of the protrusions, side faces and grooves formed by grooves on the substrate surface, and the magnetic field of the magnetic field source is oriented perpendicular to the plane of the substrate with the possibility of excitation of bulk MSWs in both ferromagnetic layers. 2. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что внешний и внутренний ферромагнитные слои повторяют контуры выступов, боковых граней и пазов, образованных канавками на поверхности подложки таким образом, что выступу на внутреннем ферромагнитном слое соответствует выступ на внешнем ферромагнитном слое.2. The functional component of magnonica under item 1, characterized in that the outer and inner ferromagnetic layers follow the contours of the protrusions, side faces and grooves formed by grooves on the surface of the substrate so that the protrusion on the inner ferromagnetic layer corresponds to the protrusion on the outer ferromagnetic layer. 3. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что внешний ферромагнитный слой повторяет контур внутреннего ферромагнитного слоя, образованного на выступах, боковых гранях и пазах канавок на поверхности подложки таким образом, что выступу на внутреннем ферромагнитном слое соответствует паз на внешнем ферромагнитном слое.3. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that the outer ferromagnetic layer follows the contour of the inner ferromagnetic layer formed on the protrusions, side faces and grooves of the grooves on the surface of the substrate so that the protrusion on the inner ferromagnetic layer corresponds to a groove on the outer ferromagnetic layer . 4. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что подложка и прослойка немагнитного вещества выполнены из галлий-гадолиниевого граната.4. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that the substrate and the layer of non-magnetic substance are made of gallium-gadolinium garnet. 5. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что глубина w канавок составляет от 0,1 до 0,5 толщины d ферромагнитных слоев, период Т канавок составляет от 50 до 100 толщины d ферромагнитных слоев.5. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that the depth w of the grooves is from 0.1 to 0.5 of the thickness d of the ferromagnetic layers, the period T of the grooves is from 50 to 100 of the thickness d of the ferromagnetic layers. 6. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что прослойка немагнитного вещества имеет толщину S в диапазоне от 0,5 до 10,0 мкм.6. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that the layer of non-magnetic substance has a thickness S in the range from 0.5 to 10.0 μm. 7. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что протяженность ферромагнитных слоев в направлении распространения МСВ составляет от 5000 до 6000 мкм при ширине b=150-250 мкм и толщине d=0,5-2,5 мкм, а ферромагнитные слои имеют намагниченность М насыщения в диапазоне от 130 до 150 Гс.7. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that the length of the ferromagnetic layers in the direction of propagation of the MSW is from 5000 to 6000 μm with a width of b = 150-250 μm and a thickness of d = 0.5-2.5 μm, and ferromagnetic the layers have a magnetization M saturation in the range from 130 to 150 G. 8. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема МСВ размещены вдоль длины внешнего и внутреннего ферромагнитных слоев и/или на выступах и/или на боковых гранях выступов и/или в пазах, образованных канавками, с возможностью приема прямых и обратных объемных МСВ.8. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that the microstrip transducers for exciting and receiving MSWs are placed along the length of the outer and inner ferromagnetic layers and / or on the protrusions and / or on the side faces of the protrusions and / or in the grooves formed by grooves, with the ability to receive forward and reverse surround MSW. 9. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что в режиме демультиплексора микрополосковый преобразователь для возбуждения объемных МСВ размещен на одном конце внутреннего ферромагнитного слоя вдоль его длины, а микрополосковые преобразователи для приема объемных МСВ размещены на другом конце внутреннего ферромагнитного слоя, а также на концах внешнего ферромагнитного слоя вдоль его длины и выполнены с возможностью приема прямых объемных МСВ на выступах и в пазах, образованных канавками.9. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that in the demultiplexer mode, a microstrip converter for exciting bulk MSWs is placed at one end of the inner ferromagnetic layer along its length, and microstrip converters for receiving bulk MSWs are located at the other end of the inner ferromagnetic layer, and also at the ends of the outer ferromagnetic layer along its length and are configured to receive direct bulk MSWs on the protrusions and in the grooves formed by the grooves. 10. Функциональный компонент магноники по п. 1, отличающийся тем, что в режиме демультиплексора микрополосковый преобразователь для возбуждения объемных МСВ размещен на одном конце внутреннего ферромагнитного слоя вдоль его длины, а микрополосковые преобразователи для приема объемных МСВ размещены на другом конце внутреннего ферромагнитного слоя, а также на концах внешнего ферромагнитного слоя вдоль его длины и выполнены с возможностью приема обратных объемных МСВ на боковых гранях выступов, образованных канавками.10. The functional component of magnonica according to claim 1, characterized in that in the demultiplexer mode, a microstrip converter for exciting bulk MSWs is placed at one end of the inner ferromagnetic layer along its length, and microstrip converters for receiving bulk MSWs are located at the other end of the inner ferromagnetic layer, and also at the ends of the outer ferromagnetic layer along its length and are configured to receive inverse bulk MSWs on the lateral faces of the protrusions formed by grooves.
RU2019102092A 2019-01-25 2019-01-25 Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure RU2702915C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102092A RU2702915C1 (en) 2019-01-25 2019-01-25 Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102092A RU2702915C1 (en) 2019-01-25 2019-01-25 Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2702915C1 true RU2702915C1 (en) 2019-10-14

Family

ID=68280128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019102092A RU2702915C1 (en) 2019-01-25 2019-01-25 Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2702915C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736922C1 (en) * 2020-06-22 2020-11-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Element for spatial-frequency filtration of a signal based on magnon crystals
RU205097U1 (en) * 2020-12-23 2021-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" FILTER BASED ON 3D MAGONIC STRUCTURE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199737A (en) * 1978-10-18 1980-04-22 Westinghouse Electric Corp. Magnetostatic wave device
US4419637A (en) * 1981-02-13 1983-12-06 Thomson-Csf Magnetostatic wave dioptric device
RU2594382C1 (en) * 2015-07-31 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Adjustable microwave delay line on surface magnetostatic waves
RU2617143C1 (en) * 2016-03-30 2017-04-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Functional element on magnetostatic spin waves

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199737A (en) * 1978-10-18 1980-04-22 Westinghouse Electric Corp. Magnetostatic wave device
US4419637A (en) * 1981-02-13 1983-12-06 Thomson-Csf Magnetostatic wave dioptric device
RU2594382C1 (en) * 2015-07-31 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Adjustable microwave delay line on surface magnetostatic waves
RU2617143C1 (en) * 2016-03-30 2017-04-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Functional element on magnetostatic spin waves

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. A. Morozova, A. Yu. Sharaevskaya, A. V. Sadovnikov, S. V. Grishin,1 D. V. Romanenko, E. N. Beginin, Yu. P. Sharaevskii, and S. A. Nikitov, Band gap formation and control in coupled periodic ferromagnetic structures, *
M. A. Morozova, A. Yu. Sharaevskaya, A. V. Sadovnikov, S. V. Grishin,1 D. V. Romanenko, E. N. Beginin, Yu. P. Sharaevskii, and S. A. Nikitov, Band gap formation and control in coupled periodic ferromagnetic structures, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 120, 2016. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736922C1 (en) * 2020-06-22 2020-11-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Element for spatial-frequency filtration of a signal based on magnon crystals
RU205097U1 (en) * 2020-12-23 2021-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" FILTER BASED ON 3D MAGONIC STRUCTURE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2666968C1 (en) Frequency filter of uhf signal on magnetic waves
RU2617143C1 (en) Functional element on magnetostatic spin waves
RU2686584C1 (en) Controlled microwave signal coupler at magnetostatic waves
RU2702915C1 (en) Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure
Demidov et al. Electrical tuning of dispersion characteristics of surface electromagnetic-spin waves propagating in ferrite-ferroelectric layered structures
US20150380790A1 (en) Voltage tuning of microwave magnetic devices using magnetoelectric transducers
RU2697724C1 (en) Functional element of magnonics
RU2594382C1 (en) Adjustable microwave delay line on surface magnetostatic waves
RU2707391C1 (en) Reconfigurable input/output multiplexer based on ring resonator
RU166410U1 (en) FREQUENCY-SELECTIVE POWER TAPE BASED ON LATERALLY CONNECTED MULTIFERROID STRUCTURES
RU167504U1 (en) DOUBLE CONTROLLED MICROWAVE FILTER BASED ON A FERRITE-FERROELECTRIC STRUCTURE
RU2771455C1 (en) Multiplexer based on a ring resonator
RU2736286C1 (en) Controlled four-channel spatially distributed multiplexer on magnetostatic waves
US3748605A (en) Tunable microwave filters
RU2702916C1 (en) Device on magnetostatic waves for spatial separation of microwave signals of different power level
RU2707756C1 (en) Controlled by electric field power divider on magnetostatic waves with filtration function
RU2706441C1 (en) Controlled multichannel filter for microwave signal based on magnonic crystal
RU2454788C1 (en) Microwave modulator on surface magnetostatic waves
RU2754086C1 (en) Filter-demultiplexer of microwave signal
Vysotskii et al. Bragg resonances of magnetostatic surface waves in a ferrite-magnonic-crystal-dielectric-metal structure
RU2690020C1 (en) Logic device based on phase changer of microwave signal on magnetostatic waves
RU2736922C1 (en) Element for spatial-frequency filtration of a signal based on magnon crystals
RU2691981C1 (en) Demultiplexer at magnetostatic waves
RU209990U1 (en) MICROWAVE DEMULTIPLEXER
RU196689U1 (en) MULTI-CHANNEL MULTIPLEXOR OF MICROWAVE SIGNAL

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210126