НЕЛІНІЙНІ СТАЦІОНАРНІ ЗБУДЖЕННЯ ФЕРОМАГНЕТИКУ КІНЦЕВОГО РОЗМІРУ ПІД ВПЛИВОМ ВЧ-ПОЛЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2026.01.03Ключові слова:
легковісний феромагнетик, локалізоване поле, нелінійний резонанс, солітони, локальні моди, нелінійні стоячи хвиліАнотація
Проаналізовано нелінійні стаціонарні збудження легковісного феромагнетика кінцевого розміру за наявності зовнішнього локалізованого високочастотного поля, що прикладено на границі системи. Теоретичний розгляд проводився на прикладі одновимірної системи, динаміка якої описується нелінійним рівнянням Шредінгера. Знайдено залежності динамічних параметрів збуджень системи від параметрів зовнішнього поля: його амплітуди і частоти. Проведено класифікацію всіх стаціонарних (одночастотних) станів, які можуть збуджуватися в розглянутій системі. Зокрема проаналізована залежність енергії, амплітуди та норми стаціонарних станів від амплітуди зовнішнього поля при різних значеннях частоти поля та довжини ланцюжка. Показано, що наявність прямого резонансного впливу на систему призводить при низьких рівнях збудження до виникнення локалізованих стаціонарних станів які можуть існувати тільки при частотах, які лежать нижче частоти однорідного феромагнітного резонансу. Так, станам із найменшими значеннями енергії будуть відповідати локальні квазілінійні моди, що локалізовані в області прикладення зовнішнього поля. Крім цього, виникатимуть квазісолітонні стани, які можуть бути локалізовані як в області прикладення поля, так і у вузький області поблизу вільної межи системи. При вищих рівнях збудження системи виникають просторово періодичні стани, які мають вигляд нелінійних стоячих хвиль. Були розглянуті два граничні випадки. Для випадку «великої» довжини системи показано, що залежність норми розв’язків від амплітуди зовнішнього поля при низьких рівнях збудження системи якісно збігається з аналогічною залежністю для розв’язків, які відповідають стаціонарним солітоноподібним станам, що виникають в системі необмеженої довжини. У випадку «малої» довжини система при низьких рівнях збудження якісно близька до осцилятора в умовах нелінійного резонансу. Отримані результати вказують на те, що при заданому значенні частоти зовнішнього поля стаціонарні стани, що належать різним типом збуджень, існують лише в певних інтервалах значень амплітуди поля, ширина яких залежить від довжини ланцюжка.
Посилання
Serga A. A., Chumak A. V., Hillebrands B.YIG magnonics. Physics D: Applied Physics, 2010, vol. 43, No. 26, Article No. 264002, doi: 10.1088/0022-3727/43/26/264002.
Kruglyak V. V., Demokritov S. O., Grundler D. Magnonics. Journal of Physics D: Applied Physics, 2010, vol. 43, No. 26, Article No. 264001, doi: 10.1088/0022-3727/43/26/264001.
Chumak A. V., Serga A. A., Hillebrands B. Magnon spintronics. Nature Physics, 2015, vol. 11, No. 6, pp. 453–461, doi: 10.1038/nphys3346.
Demokritov S. O., Slavin A. N. Magnonics: from fundamentals to applications. Topics in Applied Physics, 2013, vol. 125, pp. 1–531, doi: 10.1007/978-3-642-30247-3.
Merbouche H., Divinskiy B., Gouéré D., Lebrun R., El-Kanj A., Cros V., Bortolotti P., Anane A., Demokritov S. O., Demidov V. E. True amplification of spin waves in magnonic nano-waveguides. Nature Communications, 2024, vol. 15, No. 1, Article No. 1560, doi: 10.1038/s41467-024-45783-1.
Qin H., Holländer R. B., Flajšman L., van Dijken S. Low-loss nanoscopic spin-wave guiding in continuous yttrium iron garnet films. Nano Letters, 2022, vol. 22, No. 14, pp. 5956–5963, doi: 10.1021/acs.nanolett.2c01238.
Qin H., Flajšman L., van Dijken S.Low-loss YIG-based magnonic crystals with large tunable bandgaps. Nature Communications, 2018, vol. 9, Article No. 5445, doi: 10.1038/s41467-018-07893-5.
Santos O. A., van Wees B. J. Magnon confinement in an all-on-chip YIG cavity resonator using hybrid YIG/Py magnon barriers. Nano Letters, 2023, vol. 23, No. 18, pp. 8643–8649, doi: 10.1021/acs.nanolett.3c02388.
Bensmann J., Klingler S., Fuchs G. D., Chumak A. V., Hillebrands B. Dispersion-tunable low-loss implanted spin-wave waveguides for large magnonic networks. Nature Materials, 2025, vol. 24, No. 11, pp. 1920–1926, doi: 10.1038/s41563-025-02282-y.
Demidov V. E., Urazhdin S., Demokritov S. O. Spin-wave propagation in a ring-shaped magnonic resonator connected to a YIG waveguide. Applied Physics Letters, 2025, vol. 127, No. 16, Article No. 162405, doi: 10.1063/5.0286108
Nikolaev K. O., Lake S. R., Mohapatra B. D., Schmidt G., Demokritov S. O., Demidov V. E. Highly efficient coherent amplification of zero-field spin waves in YIG nanowaveguides. Science Advances, 2025, vol. 11, No. 3, Article No. eadx2018, doi: 10.1126/sciadv.adx2018.
Khutieva A. B., Sadovnikov A. V., Garanin F. E., Anisimov R. A., Kalinova A. E., Sheshukova S. E. Spin-wave propagation in YIG waveguides with magnetic microvolcanoes. .Applied Physics Letters, 2025, vol. 126, No. 6, Article No. 062402, doi: 10.1063/5.0241539.
Khivintsev Y. V., Sadovnikov A. V., Beginin E. N., Sheshukova S. E., Nikitov S. A. Spin waves in YIG-based magnonic networks: design and technological aspects. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2021, vol. 545, Article No. 168754, doi: 10.1016/j.jmmm.2021.168754.
Sato N., Sekiguchi K., Nozaki Y., Tanaka T., Hirata Y. Three-port logic gate using forward-volume spin-wave interference in YIG film. Scientific Reports, 2019, vol. 9, Article No. 52889, doi: 10.1038/s41598-019-52889-w.
Demidov V. E., Urazhdin S., Demokritov S. O. Spin-wave microscale RF delay lines for mid- and high-frequency bands. Journal of Applied Physics, 2025, vol. 138, No. 4, Article No. 043902, doi: 10.1063/5.0286108.
Heinz B., Brächer T., Schneider M., Wang Q., Längel B., Friedel A. M., Chumak A. V.Propagation of spin-wave packets in individual nanosized YIG magnonic conduits. Nano Letters, 2020, vol. 20, No. 6, pp. 4220–4227, doi: 10.1021/acs.nanolett.0c00657.
Schneider M., Brächer T., Chumak A. V., Serga A. A., Hillebrands B. Long-range spin-wave propagation in transversely magnetized nano-scaled YIG conduit. Applied Physics Letters, 2021, vol. 118, No. 13, Article No. 132406, doi: 10.1063/5.0045624.
Pang S., Li Z., Wang Z., Lv Y., Song F., Yan P., Zhang J. Observation of Magnetostatic Surface Spin Wave Solitons in Yttrium Iron Garnet. Thin Film. Preprint, 2025, arXiv:2511.16433, doi:10.48550/arXiv.2511.16433.
Nikolaev K. O., Das Mohapatra B., Schmidt G., Demokritov S. O., Demidov V. E. Spatially-extended nonlinear generation of short-wavelength spin waves in YIG nanowaveguides. Preprint, 2024, arXiv:2407.08288, doi: 10.48550/arXiv.2407.08288.
Wang Z., Cherkasskii M., Kalinikos B. A., Carr L. D., Wu M. Formation of Bright Solitons from Wave Packets with Repulsive Nonlinearity. Preprint, 2015, arXiv:1505.01882, doi:10.48550/arXiv.1505.01882.
Belan V. I., Kovalev A. S., Peretyatko A. A. Properties of quasi-soliton states in nonlinear media under local high-frequency irradiation. Analytic description and comparison with numerical simulations. Low Temperature Physics, 2016, vol. 42, pp. 1130–1138, doi: 10.1063/1.4973400.
Dötsch H. Dynamics of magnetic domains in microwave fields, in Magnetic Bubbles. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe. 1976, pp. 113–121, doi:10.1016/0304-8853(77)90031-2.
Kovalev A. S. Frequency spectrum of monochromatic vibrations of a one-dimensional nonlinear chain of finite length. Theoretical and Mathematical Physics, 1978, vol. 37, No. 3, pp. 926–932, doi: 10.1007/BF01036294.
Landau L. D., Lifshitz E. V. On the theory of the dispersion of magnetic permeability in ferromagnetic bodies. Phys. Z. Sowjetunion, 1935, No.8, pp.153-169, doi: 10.1016/b978-0-08-010586-4.50023-7.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
