RU2786486C1 - Controlled delay line on exchanged spin waves - Google Patents

Controlled delay line on exchanged spin waves Download PDF

Info

Publication number
RU2786486C1
RU2786486C1 RU2022126285A RU2022126285A RU2786486C1 RU 2786486 C1 RU2786486 C1 RU 2786486C1 RU 2022126285 A RU2022126285 A RU 2022126285A RU 2022126285 A RU2022126285 A RU 2022126285A RU 2786486 C1 RU2786486 C1 RU 2786486C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ggg
yig
converters
film
dielectric substrates
Prior art date
Application number
RU2022126285A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Садовников
Владимир Васильевич Тихонов
Владислав Андреевич Губанов
Сергей Апполонович Никитов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Application granted granted Critical
Publication of RU2786486C1 publication Critical patent/RU2786486C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in transmitting and receiving radio devices and phased antenna arrays in the microwave range. This effect is achieved by the fact that the controlled delay line on spin waves, containing an epitaxial ferrite film of yttrium iron garnet, YIG, located on a non-magnetic layer of gallium-gadolinium garnet, GGG, microstrip microwave signal converters and a magnetizing field source, according to the invention additionally contains the second non-magnetic GGG layer, located on the surface of the YIG on the opposite side from the first, forming a three-layer structure GGG-YIG-GGG, and also contains two metallized dielectric substrates, one of which contains the input converter of the microwave signal, and the second - the output converter, they are located in the same plane so that their longitudinal axes coincide, the GGG-YIG-GGG structure is installed in a gap formed so that the end surfaces of the non-magnetic GGG layers adjoin the ends of the dielectric substrates and the ends of the converters, the magnetizing field is oriented normal to the surface of the film YIG.
EFFECT: reducing the size of the delay line while reducing the loss of the useful signal for the conversion of wave types.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может применяться в приемно-передающих радиоустройствах и фазированных антенных решетках СВЧ-диапазона.The invention relates to radio engineering and can be used in transmitting and receiving radio devices and phased antenna arrays in the microwave range.

В эпитаксиальных ферритовых пленках железоиттриевого граната (ЖИГ), выращенных на немагнитной подложке гадолиний-галлиевого граната (ГГГ), могут возбуждаться два типа спиновых волн - дипольные и обменные спиновые волны.In epitaxial ferrite films of yttrium iron garnet (YIG) grown on a nonmagnetic gadolinium gallium garnet (GGG) substrate, two types of spin waves, dipole and exchange spin waves, can be excited.

Дипольные спиновые волны (в литературе их чаще называют магнитостатическими волнами (МСВ)) распространяются за счет дальнодействующего диполь-дипольного взаимодействия. В зависимости от направления намагничивающего поля в пленке могут возбуждаться прямые объемные, обратные объемные и поверхностные МСВ (Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. М: Физматгиз, 497 с.).Dipole spin waves (in the literature they are often referred to as magnetostatic waves (MSWs)) propagate due to the long-range dipole-dipole interaction. Depending on the direction of the magnetizing field in the film, direct volumetric, reverse volumetric and surface MSWs can be excited (Gurevich A.G. Ferrites at microwave frequencies. M: Fizmatgiz, 497 p.).

Обменные спиновые волны (ОСВ) распространяются за счет короткодействующего обменного взаимодействия (Ахиезер А.И., Барьяхтар В.Г., Пелетминский С.В. Спиновые волны. - М.: Наука, 1967, 368 с.). Наиболее сильное обменное взаимодействие формирует в кристалле упорядоченную структуру спиновых моментов, которая проявляется в виде спонтанной намагниченности феррита. При континуальном подходе оба типа спиновых волн представляются одинаково, в виде волн прецессии вектора спонтанной намагниченности, и различаются только длинами. Волны с длинами λ: 10-1000 микрон принято считать в основном дипольными, а с длинами λ≤1 микрона в основном обменными. Наиболее привлекательными являются обменные спиновые волны, поскольку их скорости распространения v : λ на несколько порядков меньше скорости МСВ.Exchange spin waves (ESWs) propagate due to short-range exchange interaction (Akhiezer A.I., Baryakhtar V.G., Peletminsky S.V. Spin waves. - M.: Nauka, 1967, 368 p.). The strongest exchange interaction forms an ordered structure of spin moments in the crystal, which manifests itself in the form of spontaneous magnetization of the ferrite. In the continuum approach, both types of spin waves are represented in the same way, in the form of precession waves of the spontaneous magnetization vector, and differ only in length. Waves with lengths λ: 10-1000 microns are considered to be mainly dipole, and with lengths λ≤1 micron, mainly exchange. Exchange spin waves are the most attractive, since their propagation velocities v : λ are several orders of magnitude lower than the MSW velocity.

Тем не менее, наиболее широкое применение нашли относительно длинноволновые магнито статические волны. Это стало возможным, благодаря простоте их возбуждения и приема микрополосковыми (МПЛ) преобразователями СВЧ-сигнала. На основе МСВ был предложен целый ряд устройств обработки радиосигналов в диапазоне частот от единиц до десятков ГГц (Никитов В.А., Никитов С.А. Исследования и разработки устройств на магнито статических спиновых волнах. - Зарубежная радиоэлектроника, 1981, №2, С. 41-52.). В частности были предложены варианты конструкции управляемых линий задержки (ЛЗ) СВЧ-сигнала.However, relatively long-wavelength magnetostatic waves have found the widest application. This became possible due to the simplicity of their excitation and reception by microstrip (MSL) microwave signal converters. Based on the MSW, a number of radio signal processing devices were proposed in the frequency range from units to tens of GHz (Nikitov V.A., Nikitov S.A. Research and development of devices based on magnetostatic spin waves. - Foreign radio electronics, 1981, No. 2, C 41-52.). In particular, variants of the design of controlled delay lines (DL) of the microwave signal were proposed.

Известна управляемая линия задержки на МСВ (см. патент US 4400669, по кл. МПК Н03Н 2/00, опуб. 23.08.1983), состоящая из намагниченной пленки ЖИГ, входного и выходного МПЛ преобразователей СВЧ-сигнала и металлического экрана, расположенного между преобразователями. Регулировка времени задержки в такой ЛЗ осуществляется изменением зазора между пленкой ЖИГ и металлическим экраном.Known controllable delay line on the MSV (see patent US 4400669, according to class IPC H03N 2/00, pub. 08/23/1983), consisting of a magnetized YIG film, input and output MSL microwave signal converters and a metal screen located between the converters . The delay time in such a DL is adjusted by changing the gap between the YIG film and the metal screen.

Известна управляемая линия задержки на МСВ (см. авторское свидетельство СССР №1552958, по кл. МПК Н01Р 1/215, опуб. 27.01.2001), состоящая из намагниченной пленки ЖИГ, входного и выходного МПЛ преобразователей, расположенных на отдельных диэлектрических подложках. Регулировка времени задержки в такой ЛЗ осуществляется за счет изменения длины пробега МСВ при относительном сдвиге одной из подложек МПЛ преобразователя.Known controlled delay line on the MSV (see USSR author's certificate No. 1552958, according to class MPK H01R 1/215, pub. 01/27/2001), consisting of a magnetized YIG film, input and output MSL converters located on separate dielectric substrates. Adjustment of the delay time in such a DL is carried out by changing the path length of the MSW with a relative shift of one of the MSL converter substrates.

Известна также управляемая линия задержки на поверхностных МСВ (см. патент РФ №2594382, по кл. МПК Н03Н 9/38, опуб. 20.08.2016), состоящая из касательно намагниченной пленки ЖИГ с периодической структурой протравленных канавок, входного и выходного МПЛ преобразователей. Регулировка времени задержки в такой ЛЗ осуществляется вращением пленки ЖИГ в плоскости расположения преобразователей.A controlled delay line on surface MSFs is also known (see RF patent No. 2594382, according to class IPC H03N 9/38, published 08/20/2016), consisting of a tangentially magnetized YIG film with a periodic structure of etched grooves, input and output MSL converters. The delay time in such a DL is adjusted by rotating the YIG film in the transducer location plane.

Недостатком указанных устройств является механическая регулировка времени задержки.The disadvantage of these devices is the mechanical adjustment of the delay time.

Наиболее близким к заявляемому решению является управляемая линия задержки на МСВ с электрической регулировкой времени задержки СВЧ-сигнала (см. патент US №3935550, по кл. МПК Н03Н 7/14, опуб. 27.01.1976), содержащая эпитаксиальную ферритовую пленку железо-иттриевого граната ЖИГ на слое галлий-гадолиниевого граната ГГГ, входной и выходной преобразователи СВЧ-сигнала и регулируемый током источник намагничивающего поля.Closest to the claimed solution is a controlled delay line on the MCB with electrical adjustment of the delay time of the microwave signal (see US patent No. 3935550, according to class IPC H03H 7/14, pub. garnet YIG on a layer of gallium-gadolinium garnet GGG, input and output microwave signal converters and a source of magnetizing field controlled by current.

Недостатком прототипа является использование для задержки СВЧ-сигнала относительно длинноволновых дипольных спиновых (магнитостатических) волн.The disadvantage of the prototype is the use to delay the microwave signal relative to the long-wavelength dipole spin (magnetostatic) waves.

Проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании управляемой линии задержки на сверхкоротких обменных спиновых волнах.The problem to be solved by the invention is to create a controlled delay line on ultrashort exchanged spin waves.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритов линии задержки при одновременном уменьшение потерь полезного сигнала на преобразование типов волн.The technical result of the invention is to reduce the size of the delay line while reducing the loss of the useful signal for the conversion of wave types.

Указанный технический результат достигается тем, что управляемая линия задержки на спиновых волнах, содержащая эпитаксиальную ферритовую пленку железо-иттриевого граната ЖИГ, расположенную на немагнитном слое галлий-гадолиниевого граната ГГГ, входной и выходной преобразователи СВЧ-сигнала и регулируемый током источник намагничивающего поля, согласно изобретению, дополнительно содержит второй немагнитный слой галлий-гадолиниевого граната ГГГ, расположенный на поверхности пленки железо-иттриевого граната с противоположной стороны от первого, образуя трехслойную структуру ГГГ-ЖИГ-ГГГ, и также содержит две диэлектрических подложки, на одной из которых расположен входной преобразователь СВЧ-сигнала, а на второй - выходной преобразователь, преобразователи выполнены микрополосковыми и расположены в одной плоскости так, что их продольные оси совпадают, структура ГГГ-ЖИГ-ГГГ установлена в зазоре, образованном диэлектрическими подложками и преобразователями так, что торцевые поверхности немагнитных слоев галлий-гадолиниевого граната примыкают к торцам диэлектрических подложек и к торцам преобразователей, диэлектрические подложки на противоположных преобразователям сторонах металлизированы, намагничивающее поле ориентировано по нормали к поверхности пленки ЖИГ.This technical result is achieved by the fact that the controlled delay line on spin waves, containing an epitaxial ferrite film of yttrium iron garnet YIG, located on a non-magnetic layer of gallium-gadolinium garnet GGG, input and output microwave signal converters and a current-controlled magnetizing field source, according to the invention , additionally contains a second non-magnetic layer of gallium-gadolinium garnet GGG, located on the surface of the film of yttrium iron garnet on the opposite side of the first one, forming a three-layer structure GGG-YIG-GGG, and also contains two dielectric substrates, one of which contains a microwave input converter -signal, and on the second - the output converter, the converters are made of microstrip and are located in the same plane so that their longitudinal axes coincide, the GGG-YIG-GGG structure is installed in the gap formed by dielectric substrates and converters so that the end surfaces are non-magnetic layers of gallium gadolinium garnet are adjacent to the ends of the dielectric substrates and to the ends of the converters, the dielectric substrates on the sides opposite to the converters are metallized, the magnetizing field is oriented along the normal to the surface of the YIG film.

Изобретение поясняется чертежами, где представлено:The invention is illustrated by drawings, which shows:

- на фиг.1 конструкция управляемой линии задержки на обменных спиновых волнах;- figure 1 design of a controlled delay line on the exchange spin waves;

- на фиг.2 трехслойная структура ГГГ-ЖИГ-ГГГ, где d - толщина пленки ЖИГ,

Figure 00000001
и
Figure 00000002
- векторы электрической и магнитной составляющих падающей и прошедшей плоской электромагнитной ТЕМ волны, распространяющихся в направлении волнового вектора
Figure 00000003
, волнистой стрелкой показано направление распространения ОСВ, прямой стрелкой показано направление намагничивающего поля
Figure 00000004
;- figure 2 three-layer structure GGG-YIG-GGG, where d is the thickness of the YIG film,
Figure 00000001
and
Figure 00000002
- vectors of the electric and magnetic components of the incident and transmitted plane electromagnetic TEM waves propagating in the direction of the wave vector
Figure 00000003
, the wavy arrow shows the direction of WWS propagation, the straight arrow shows the direction of the magnetizing field
Figure 00000004
;

- на фиг.3 график распределения спонтанной намагниченности по толщине пленки ЖИГ;- figure 3 graph of the distribution of spontaneous magnetization through the thickness of the YIG film;

- на фиг.4 3d график закона дисперсии ОСВ, рассчитанный при фиксированном значении намагничивающего поля;- figure 4 3d graph of the dispersion law WWS, calculated at a fixed value of the magnetizing field;

- на фиг.5 графики частотной зависимости времени задержки и фазы прошедшего сигнала, рассчитанные при фиксированном значении намагничивающего поля;- figure 5 graphs of the frequency dependence of the delay time and the phase of the transmitted signal, calculated at a fixed value of the magnetizing field;

- на фиг.6 представлены графики полевой зависимости времени задержки и фазы прошедшего сигнала, рассчитанные при фиксированном значении частоты СВЧ-сигнала;- Fig.6 shows graphs of the field dependence of the delay time and the phase of the transmitted signal, calculated at a fixed value of the frequency of the microwave signal;

- на фиг.7 портативная регулируемая током магнитная система для реализации изобретения: а - вид сбоку, б - вид сверху в разрезе;- Fig.7 portable adjustable current magnetic system for implementing the invention: a - side view, b - top view in section;

- на фиг.8 график распределения намагничивающего поля Н0 в поперечном сечении рабочего зазора магнитной системы, на вставке картина силовых линий магнитного поля внутри и вне рабочего зазора.- in Fig.8 is a graph of the distribution of the magnetizing field H 0 in the cross section of the working gap of the magnetic system, in the insert is a picture of the magnetic field lines inside and outside the working gap.

На чертежах позициями обозначено:In the drawings, positions indicate:

1 - входной МПЛ преобразователь, 2 - первый немагнитный слой галлий-гадолиниевого граната ГГГ, 3 - эпитаксиальная ферритовая пленка железо-иттриевого граната ЖИГ, 4 - второй немагнитный слой ГГГ, 5 - выходной МПЛ преобразователь, 6, 7 - диэлектрические подложки, 8, 9 - металлизирующие слои диэлектрических подложек, 10, 11 - диффузионные слои пленки ЖИГ, 12, 13 - стальные полюсы магнитной системы, 14, 15 - постоянные магниты (стрелками указано направление остаточного намагничивания), 16, 17 - катушки электрического управления.1 - input MSL converter, 2 - first non-magnetic layer of gallium-gadolinium garnet GGG, 3 - epitaxial ferrite film of yttrium iron garnet YIG, 4 - second non-magnetic layer GGG, 5 - output MSL converter, 6, 7 - dielectric substrates, 8, 9 - metallizing layers of dielectric substrates, 10, 11 - diffusion layers of the YIG film, 12, 13 - steel poles of the magnetic system, 14, 15 - permanent magnets (arrows indicate the direction of residual magnetization), 16, 17 - electric control coils.

Управляемая линия задержки на обменных спиновых волнах содержит (см. фиг.1) эпитаксиальную ферритовую пленку железо-иттриевого граната ЖИГ 3, на противоположных сторонах которой расположены немагнитные слои галлий-гадолиниевого граната ГГГ 2 и 4, образуя структуру ГГГ-ЖИГ-ГГГ. Линия задержки содержит также входной 1 и выходной 5 МПЛ преобразователи, расположенные на диэлектрических подложках 6 и 7. Структура ГГГ-ЖИГ-ГГГ установлена в зазоре, образованном диэлектрическими подложками 6 и 7 и преобразователями 1 и 5 так, что торцевые поверхности немагнитных слоев галлий-гадолиниевого граната 2 и 4 примыкают к торцам диэлектрических подложек и к торцам преобразователей.The controlled delay line on exchange spin waves contains (see figure 1) an epitaxial ferrite film of yttrium iron garnet YIG 3, on opposite sides of which there are non-magnetic layers of gallium-gadolinium garnet GGG 2 and 4, forming the structure GGG-YIG-GGG. The delay line also contains input 1 and output 5 MSL converters located on dielectric substrates 6 and 7. The GGG-YIG-GGG structure is installed in the gap formed by dielectric substrates 6 and 7 and converters 1 and 5 gadolinium garnet 2 and 4 are adjacent to the ends of the dielectric substrates and to the ends of the converters.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

На поверхность нормально намагниченной пленки ЖИГ 3 падает плоская электромагнитная ТЕМ волна (см. фиг.2), которая в пределах толщины диффузионного слоя 10 преобразуется в коротковолновую обменную спиновую волну (ОСВ). Далее ОСВ распространяется в однородной части пленки и в диффузионном слое 11 преобразуется обратно в электромагнитную волну. Задержка прошедшего СВЧ-сигнала определяется длиной пробега и скоростью распространения ОСВ.On the surface of a normally magnetized film YIG 3 falls flat electromagnetic TEM wave (see figure 2), which within the thickness of the diffusion layer 10 is converted into a short-wave exchanged spin wave (OSW). Further, WWS propagates in the homogeneous part of the film and in the diffusion layer 11 is converted back into an electromagnetic wave. The delay of the transmitted microwave signal is determined by the path length and the WWS propagation velocity.

С учетом того, что скорость ОСВ на несколько порядков меньше скорости МСВ, длина пробега и, соответственно, габариты линии задержки на ОСВ уменьшаются пропорционально отношению скоростей. Помимо этого в пределах толщины диффузионного слоя возникают эффекты коллинеарного взаимодействия связанных волн, при котором длинноволновая электромагнитная волна плавно трансформируется в коротковолновую обменную спиновую и наоборот. При этом отражения волн на границах пленки ЖИГ не возникает, что существенно снижает потери полезного сигнала на согласование типов волн.Taking into account the fact that the WWS speed is several orders of magnitude less than the MSW speed, the run length and, accordingly, the dimensions of the delay line at the WWS decrease in proportion to the speed ratio. In addition, within the thickness of the diffusion layer, the effects of collinear interaction of coupled waves arise, in which a long-wavelength electromagnetic wave smoothly transforms into a short-wavelength exchange spin wave and vice versa. In this case, there is no reflection of waves at the boundaries of the YIG film, which significantly reduces the loss of the useful signal for matching wave types.

Преобразование электромагнитных и обменных спиновых волн обусловлено магнитной неоднородностью диффузионных слоев, которая всегда формируется в процессе эпитаксиального роста за счет диффузии немагнитных ионов Gd3+, Ga3+ подложки ГГГ (Gd3Ga5O12), частично замещающих магнитные ионы Y3+, Fe3+ пленки ЖИГ (Y3Fe5O12) [Mitra A., Cespedes О., Ramasse Q., АН М., Marmion S., Ward M., Brydson R. M. D., Kinane C. J., Cooper J. F. K., Langridge S., Hickey B. J. Interracial Origin of the Magnetisation Suppression of Thin Film Yttrium Iron Garnet.//Scientific Reports. 2017. Vol.7, P.11774. doi.org/10.1038/s41598-017-10281-6].The conversion of electromagnetic and exchange spin waves is due to the magnetic inhomogeneity of the diffusion layers, which is always formed during epitaxial growth due to the diffusion of nonmagnetic Gd 3+ , Ga 3+ ions of the GGG substrate (Gd 3 Ga 5 O 12 ), which partially replace the magnetic Y 3+ ions, Fe 3+ films YIG (Y 3 Fe 5 O 12 ) [Mitra A., Cespedes O., Ramasse Q., AN M., Marmion S., Ward M., Brydson RMD, Kinane CJ, Cooper JFK, Langridge S. , Hickey BJ Interracial Origin of the Magnetization Suppression of Thin Film Yttrium Iron Garnet.//Scientific Reports. 2017. Vol.7, P.11774. doi.org/10.1038/s41598-017-10281-6].

Согласно теории диффузии в твердых телах ([H. Mehrer. DiffusioninSolids: Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. Springer: 2007. 651 p.), распределение концентрации магнитных ионов в диффузионном слое описывается функцией Гаусса

Figure 00000005
где σ - феноменологический параметр распределения, z - координата в поперечном направлении пленки ЖИГ. С учетом этого в трехслойной структуре ГГГ-ЖИГ-ГГГ распределение спонтанной намагниченности по толщине пленки ЖИГ описывается формулойAccording to the theory of diffusion in solids ([H. Mehrer. DiffusioninSolids: Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. Springer: 2007. 651 p.), the concentration distribution of magnetic ions in the diffusion layer is described by the Gaussian function
Figure 00000005
where σ is the phenomenological distribution parameter, z is the coordinate in the transverse direction of the YIG film. Taking this into account, in the GGG-YIG-GGG three-layer structure, the distribution of spontaneous magnetization over the thickness of the YIG film is described by the formula

Figure 00000006
Figure 00000006

где М0 - однородная намагниченность пленки вне диффузионного слоя, d - толщина пленки ЖИГ. График распределения намагниченности M(z), рассчитанный при заданных параметрах пленки ЖИГ М0=140G, d=10 μm, σ=10-5 cm представлен на фиг.3.where M 0 is the uniform magnetization of the film outside the diffusion layer, d is the thickness of the YIG film. Graph of the distribution of magnetization M(z), calculated for given film parameters YIG M 0 =140G, d=10 μm, σ=10 -5 cm is shown in Fig.3.

Функция распределения намагниченности М (z) использовалась в расчетах закона дисперсии ОСВ kS (ƒ, H0, z), где kS - волновое число ОСВ, ƒ - частота СВЧ-сигнала, Н0 - напряженность намагничивающего поля (Tikhonov V.V., Litvinenko A.N. Exchange spin waves and their application for diagnostics of the layered structure of epitaxial YIG films.// J. Magn. Magn. Mater. 2020. Vol.515. P.167241. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167241).The distribution function of the magnetization M (z) was used in the calculation of the dispersion law of the OSW k S (ƒ, H 0 , z), where k S is the wave number of the OSW, ƒ is the frequency of the microwave signal, H 0 is the strength of the magnetizing field (Tikhonov VV, Litvinenko AN Exchange spin waves and their application for diagnostics of the layered structure of epitaxial YIG films.// J. Magn. Magn. Mater. 2020. Vol.515. P.167241. https://doi.org/10.1016/j. jmmm.2020.167241).

На фиг.4 представлен 3d-график закона дисперсии kS (ƒ, z), рассчитанный при фиксированном поле Н0=5КЭ. Видно, что в пределах толщин диффузионных слоев волновые числа ОСВ плавно возрастают (уменьшаются) на пять-шесть порядков. При этом на границах пленки ЖИГ, при z=0 и z=d выполняется условие согласования ОСВ с падающей и прошедшей электромагнитной волной kS (ƒ, 0) = k0 (ƒ) и kS (ƒ, d) = k0(ƒ), причем, как видно на фиг.4, условие согласования и, соответственно, эффективного возбуждения ОСВ выполняется в достаточно широкой полосе частот Δƒ ≈ 5GHz.Figure 4 presents a 3d-plot of the dispersion law k S (ƒ, z), calculated at a fixed field H 0 =5Ke. It can be seen that, within the limits of the thicknesses of the diffusion layers, the wave numbers of the WWW gradually increase (decrease) by five to six orders of magnitude. At the same time, at the boundaries of the YIG film, at z=0 and z=d, the condition for matching the WWS with the incident and transmitted electromagnetic wave k S (ƒ, 0) = k 0 (ƒ) and k S (ƒ, d) = k 0 ( ƒ), and, as can be seen in figure 4, the condition of matching and, accordingly, the effective excitation of WWS is performed in a fairly wide frequency band Δƒ ≈ 5GHz.

Используя закон дисперсии

Figure 00000007
нетрудно было рассчитать время задержки
Figure 00000008
и набег фазы
Figure 00000009
прошедшего СВЧ-сигнала на длине пробега ОСВ
Figure 00000010
Using the dispersion law
Figure 00000007
it was not difficult to calculate the delay time
Figure 00000008
and phase advance
Figure 00000009
of the transmitted microwave signal over the length of the WWS run
Figure 00000010

Для примера на фиг.5 представлены частотные зависимости времени задержки τ (ƒ) и набега фазы ϕ (ƒ), рассчитанные при фиксированном поле Н0=5КЭ.For example, figure 5 shows the frequency dependence of the delay time τ (ƒ) and the phase shift ϕ (ƒ), calculated at a fixed field H 0 =5KE.

На фиг.6 представлены полевые зависимости времени задержки τ (H0) и набега фазы ϕ(Н0), рассчитанные при фиксированной частоте ƒ = 12ГГц.Figure 6 shows the field dependence of the delay time τ (H 0 ) and the phase shift ϕ(H 0 ), calculated at a fixed frequency ƒ = 12 GHz.

Ниже приведен пример реализации изобретения.Below is an example implementation of the invention.

Образец структуры ГГГ-ЖИГ-ГГГ имеет габаритные размеры 1×1×0,5 мм. Образец структуры устанавливается в зазоре МПЛ преобразователей, выполненных на металлизированной диэлектрической подложке толщиной 1 мм. Образец структуры вместе с входным и выходным МПЛ преобразователями помещается в рабочий зазор портативной магнитной системы так, чтобы намагничивающее поле было ортогонально поверхности пленки ЖИГ (см. фиг.7). В состав магнитной системы входят пара прямоугольных стальных полюсов из стали Ст.1008 размером 6×10×10 мм и пара прямоугольных неодимовых магнитов марки NdFe35 размером 8×4×10 мм. Полюсы магнитов примыкают к стальным полюсам. При этом в промежутке между полюсами образуется рабочий зазор, достаточный для размещения структуры ГГГ-ЖИГ-ГГГ вместе с преобразователями.The sample structure GGG-YIG-GGG has overall dimensions of 1×1×0.5 mm. The sample of the structure is installed in the gap of the MSL converters made on a metallized dielectric substrate 1 mm thick. The structure sample together with the input and output MSL converters is placed in the working gap of the portable magnetic system so that the magnetizing field is orthogonal to the surface of the YIG film (see Fig.7). The magnetic system includes a pair of rectangular steel poles made of St.1008 steel measuring 6×10×10 mm and a pair of rectangular NdFe35 neodymium magnets measuring 8×4×10 mm. The poles of the magnets are adjacent to the steel poles. In this case, a working gap is formed in the gap between the poles, sufficient to accommodate the GGG-YIG-GGG structure together with the transducers.

На фиг.8 представлены результаты численного расчета магнитного поля в рабочем зазоре портативной магнитной системы. Расчеты проводились методом конечных элементов с использованием программного комплекса Ansoft Maxwell SV. Исходными данными для расчета являлись геометрические размеры элементов магнитной системы, кривая намагничивания стали Ст.1008 и остаточная индукция неодимовых магнитов, равная 1,2Тл. На графике фиг.8 представлена топология намагничивающего поля в рабочем зазоре магнитной системы. На вставке фиг.8 представлена картина силовых линий магнитного поля внутри и вне рабочего зазора. Видно, что внутри рабочего зазора магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, практически однородно. При этом дополнительные поля, создаваемые катушками электрического управления, не нарушают однородность поля.Figure 8 presents the results of a numerical calculation of the magnetic field in the working gap of a portable magnetic system. The calculations were carried out by the finite element method using the Ansoft Maxwell SV software package. The initial data for the calculation were the geometric dimensions of the elements of the magnetic system, the magnetization curve of steel St. 1008 and the residual induction of neodymium magnets, equal to 1.2T. The graph of Fig.8 shows the topology of the magnetizing field in the working gap of the magnetic system. The inset of Fig. 8 shows the pattern of magnetic field lines inside and outside the operating gap. It can be seen that inside the working gap, the magnetic field generated by the permanent magnets is almost uniform. In this case, the additional fields created by the electric control coils do not violate the field uniformity.

Claims (1)

Управляемая линия задержки на спиновых волнах, содержащая эпитаксиальную ферритовую пленку железо-иттриевого граната, ЖИГ, расположенную на немагнитном слое галлий-гадолиниевого граната, ГГГ, входной и выходной преобразователи СВЧ-сигнала и регулируемый током источник намагничивающего поля, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит второй немагнитный слой галлий-гадолиниевого граната, ГГГ, расположенный на поверхности пленки железо-иттриевого граната с противоположной стороны от первого, образуя трёхслойную структуру ГГГ-ЖИГ-ГГГ, и также содержит две диэлектрических подложки, на одной из которых расположен входной преобразователь СВЧ-сигнала, а на второй – выходной преобразователь, преобразователи выполнены микрополосковыми и расположены в одной плоскости так, что их продольные оси совпадают, структура ГГГ-ЖИГ-ГГГ установлена в зазоре, образованном диэлектрическими подложками и преобразователями так, что торцевые поверхности немагнитных слоёв галлий-гадолиниевого граната примыкают к торцам диэлектрических подложек и к торцам преобразователей, диэлектрические подложки на противоположных преобразователям сторонах металлизированы, намагничивающее поле ориентировано по нормали к поверхности пленки ЖИГ.Controlled delay line on spin waves, containing an epitaxial ferrite film of yttrium iron garnet, YIG, located on a non-magnetic layer of gallium-gadolinium garnet, GGG, input and output microwave signal converters and a current-controlled magnetizing field source, characterized in that it additionally contains the second non-magnetic layer of gallium-gadolinium garnet, GGG, located on the surface of the film of yttrium iron garnet on the opposite side from the first, forming a three-layer structure GGG-YIG-GGG, and also contains two dielectric substrates, one of which contains an input microwave signal converter , and on the second - the output converter, the converters are made of microstrip and are located in the same plane so that their longitudinal axes coincide, the GGG-YIG-GGG structure is installed in the gap formed by the dielectric substrates and converters so that the end surfaces of the non-magnetic layers of gallium-gadolinium garnet junction They are attached to the ends of the dielectric substrates and to the ends of the converters, the dielectric substrates on the sides opposite to the converters are metallized, the magnetizing field is oriented along the normal to the surface of the YIG film.
RU2022126285A 2022-10-10 Controlled delay line on exchanged spin waves RU2786486C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786486C1 true RU2786486C1 (en) 2022-12-21

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU224405U1 (en) * 2023-11-02 2024-03-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" CONTROLLED DELAY LINE ON NUTATIONAL SPIN WAVES

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3935550A (en) * 1973-09-12 1976-01-27 John Douglas Adam Group delay equaliser
US4912478A (en) * 1988-12-22 1990-03-27 Westinghouse Electric Corp. Signal time delay magnetostatic spin wave device for phased array antennas
SU1737702A1 (en) * 1989-08-22 1992-05-30 Киевский Государственный Университет Им.Т.Г.Шевченко Device of magnetostatic waves
RU94036628A (en) * 1994-09-15 1996-07-20 Научно-исследовательский институт "Домен" Method for determining movement speed of magnetic vortex lattice in type-ii superconductor
US7528688B2 (en) * 2005-07-29 2009-05-05 Oakland University Ferrite-piezoelectric microwave devices
RU2702916C1 (en) * 2019-05-07 2019-10-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Device on magnetostatic waves for spatial separation of microwave signals of different power level

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3935550A (en) * 1973-09-12 1976-01-27 John Douglas Adam Group delay equaliser
US4912478A (en) * 1988-12-22 1990-03-27 Westinghouse Electric Corp. Signal time delay magnetostatic spin wave device for phased array antennas
SU1737702A1 (en) * 1989-08-22 1992-05-30 Киевский Государственный Университет Им.Т.Г.Шевченко Device of magnetostatic waves
RU94036628A (en) * 1994-09-15 1996-07-20 Научно-исследовательский институт "Домен" Method for determining movement speed of magnetic vortex lattice in type-ii superconductor
US7528688B2 (en) * 2005-07-29 2009-05-05 Oakland University Ferrite-piezoelectric microwave devices
RU2702916C1 (en) * 2019-05-07 2019-10-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Device on magnetostatic waves for spatial separation of microwave signals of different power level

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU224405U1 (en) * 2023-11-02 2024-03-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" CONTROLLED DELAY LINE ON NUTATIONAL SPIN WAVES
RU2820109C1 (en) * 2023-12-07 2024-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Controlled delay line on exchanged spin waves

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bongianni Magnetostatic propagation in a dielectric layered structure
Wu et al. Nonreciprocal tunable low-loss bandpass filters with ultra-wideband isolation based on magnetostatic surface wave
RU2686584C1 (en) Controlled microwave signal coupler at magnetostatic waves
EP0160773B1 (en) Method for the suppression of magnetostatic waves within magnetic garnet films for microwave circuit application
RU2666968C1 (en) Frequency filter of uhf signal on magnetic waves
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
Beginin et al. Collective and localized modes in 3D magnonic crystals
Sharma et al. Fabrication and characterization of microwave phase shifter in microstrip geometry with Fe film as the frequency tuning element
RU2786486C1 (en) Controlled delay line on exchanged spin waves
Nikitin et al. Theory of spin-electromagnetic waves in planar thin-film multiferroic heterostructures based on a coplanar transmission line and its application for electromagnonic crystals
RU2736286C1 (en) Controlled four-channel spatially distributed multiplexer on magnetostatic waves
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
RU2820109C1 (en) Controlled delay line on exchanged spin waves
Geiler et al. Low Bias Field Hexagonal Y-Type Ferrite Phase Shifters at ${K} _ {U} $-Band
Tatarenko et al. Modeling of magnetoelectric microwave devices
Aquino et al. Design of a coplanar-waveguide-based microwave-to-spin-wave transducer
Celinski et al. Planar magnetic devices for signal processing in the microwave and millimeter wave frequency range
RU2813745C1 (en) Controlled space-frequency filter of microwave signal on spin waves
RU2758000C1 (en) Majority element on spin waves
Djekounyom et al. Coplanar High Impedance Wire on ferrite substrate: Application to isolators
RU224405U1 (en) CONTROLLED DELAY LINE ON NUTATIONAL SPIN WAVES
Nikulin et al. Investigation of the interference of magnetostatic surface waves using the inverse spin Hall effect