Магнон-фотонная гибридизация мод в структуре электромагнитный резонатор/ферромагнитная пленка

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе впервые выполнено полное численное моделирование магион-фотонной гибридизации в технологически простой системе на основе пленки железо-иттриевого граната и сверхвысокочастотного резонатора, интегрированного в микрополосковую линию, с использованием пакета ANSYS HFSS. Показано характерное расщепление резонансных частот (антикроссинг), свидетельствующее о реализации режима сильной связи между магнонными и фотонными модами. Получена величина относительного расщепления частот порядка ~ 6 · 10-2. Кроме того, исследовано влияние пространственного положения железо-иттриевого граната резонатора на параметры гибридных состояний и продемонстрирована возможность управления частотой гибридизации за счет подстройки параметров резонатора. Результаты демонстрируют возможность реализации сильной магион-фотонной связи в простой и легко воспроизводимой микрополосковой структуре и могут быть использованы при проектировании сенсоров, перестраиваемых сверхвысокочастотных фильтров и элементов гибридных магнонных или квантовых систем.

Об авторах

К. Д Самойленко

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН; Московский физико-технический институт

Email: kris_samoylenko@mail.ru
Москва, Россия; Долгопрудный, Россия

Д. А Габриелян

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН; Национальный исследовательский университет "МЭИ"

Москва, Россия; Москва, Россия

А. Р Сафин

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН; Национальный исследовательский университет “МЭИ”

Москва, Россия; Москва, Россия

С. А Никитов

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН; Московский физико-технический институт; Саратовский государственный университет

Лаборатория “Магнитные метаматериалы” Москва, Россия; Долгопрудный, Россия; Саратов, Россия

Список литературы

  1. H. Huebl, C. W. Zollitsch, J. Lotze, F. Hocke, M. Greifenstein, A. Marx, R. Gross, and S. T. B. Goennenwein, Phys. Rev. Lett. 111(12), 127003 (2013).
  2. X. Zhang, C. Zou, L. Jiang, and H. X. Tang, J. Appl. Phys. 119(2), 023905 (2016).
  3. Y. P. Wang, G. Q. Zhang, D. Zhang, T. F. Li, C. M. Hu, and J. Q. You, Phys. Rev. Lett. 120(5), 057202 (2018).
  4. S. Kaur, B. M. Yao, J. W. Rao, Y. S. Gui, and C. M. Hu, Appl. Phys. Lett. 109(3), 032411 (2016).
  5. B. H. Bennukuf, B. B. Epеменко, Э. В. Матюшкин, Письма в ЖЭТФ 27, 239 (1978).
  6. Z. J. Tay, W. T. Soh, and C. K. Ong, J. Magn. Magn. Mater. 451, 235 (2018).
  7. L. L. V. Abdurakhimov, Y. M. Bunkov, and D. Konstantinov, Phys. Rev. Lett. 114(22), 226402 (2015).
  8. L. Bai, K. Blanchette, M. Harder, Y. P. Chen, X. Fan, J. Q. Xiao, and C. M. Hu, IEEE Trans. Magn. 52(7), 1 (2016).
  9. C. B. Гришин, B. C. Гришин, B. B. Гурзо, Ю. П. Шараевский, Радиотехника и электроника 48(6), 724 (2003).
  10. D. Zhang, C. L. Zou, L. Jiang, and H. X. Tang, Phys. Rev. Lett. 113, 156401 (2014).
  11. Y. P. Wang, G. Q. Zhang, D. Zhang, X. Q. Luo, W. Xiong, S. P. Wang, T. F. Li, C. M. Hu, and J. Q. You, Phys. Rev. B 94(22), 224410 (2016).
  12. Ю. В. Гуляев, П. Е. Зильберман, Г. Т. Казаков, Письма в ЖЭТФ 34, 500 (1981).
  13. Y. Shi, D. Zhang, C. Zhang, C. Jiang, and G. Chai, J. Phys. D: Appl. Phys. 52(30), 305001 (2019).
  14. G. Q. Zhang, Y. P. Wang, and J. Q. You, Sci. China Phys. Mech. Astron. 62, 987612 (2019).
  15. B. M. Yao, Y. S. Gui, Y. Xiao, H. Guo, X. S. Chen, W. Lu, C. L. Chien, and C.-M. Hu, Phys. Rev. B 92, 184407 (2015).
  16. B. Bhoi, B. Kim, S. H. Jang, J. Kim, J. Yang, Y. J. Cho, and S. K. Kim, Phys. Rev. B 99, 134426 (2019).
  17. M. Goryachev, W. G. Farr, D. L. Creedon, Y. Fan, M. Kostylev, and M. E. Tobar, Phys. Rev. Applied 2(5), 054002 (2014).
  18. B. Bhoi and S.-K. Kim, Solid State Phys. 70, 1 (2019).
  19. S. Verma, A. Maurya, R. Singh, and B. Bhoi, J. Supercond. Nov. Magn. 37(5-7), 1163 (2024).
  20. M. T. Kaffash, D. Wagle, A. Rai, T. Meyer, J. Q. Xiao, and M. B. Jungfleisch, Quantum Sci. Technol. 8, 01LT02 (2023).
  21. G. Flower, M. Goryachev, J. Bourhill, and M. E. Tobar, New J. Phys. 21, 095004 (2019).
  22. M. Vafadar Yengejeh and B. Rameev, Appl. Magn. Reson. 54(4), 581 (2023).
  23. A. B. Гуревич, Магнитные колебания и волны, Физматгиз, М. (1960).
  24. C. A. Никитов, A. P. Сафин, Д. В. Калябин, A. В. Дроздовский, M. И. Куркин, И. В. Лисенков, B. A. Маломед, A. В. Садовников, С. E. Шешукова, A. H. Славин, A. K. Звездин, Успехи физических наук 63, 945 (2020).
  25. Л. Д. Ландау, E. M. Лифшиц, Физический журнал Советского Союза 8, 153 (1935).
  26. M. C. Hickey and J. S. Moodera, Phys. Rev. Lett. 102, 137601 (2009).
  27. C. Kittel, Phys. Rev. 73(2), 155 (1948).
  28. L. R. Walker, Phys. Rev. 105(2), 390 (1957).
  29. T. Mewes and C. Mewes, Ferromagnetic Resonance, in: H. Kronmuller, S. Parkin (editors), Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials, Wiley-VCH, Weinheim (2021).
  30. H. J. von Bardeleben, J. L. Cantin, Y. Dumont, and N. Zouari, Ferromagnetic Resonance Spectroscopy: Basics and Applications, in: A. Yelon, D. J. Sellmyer (editors), Magnetic Characterization Techniques for Nanomaterials, Springer, Cham (2020), p. 339.
  31. B. H. Bennukuf, B. B. Epеменко, Э. В. Матюшкин, Письма в ЖЭТФ 72, 1518 (1977).
  32. D. M. Pozar, Microwave Engineering, 4th ed., Wiley, Hoboken, NJ (2011).
  33. Д. А. Волков, Д. А. Габрислян, А. А. Матвеев, А. Р. Сафин, Д. В. Калябин, А. А. Хафизов, М. Н. Маркелова, А. Р. Кауль, С. А. Никитов, Письма в ЖЭТФ 119(5), 348 (2024).
  34. K. Д. Самойленко, Д. А. Волков, Д. А. Габрислян, А. А. Матвеев, А. Р. Сафин, Д. В. Калябин, А. А. Хафизов, М. Н. Маркелова, А. Р. Кауль, И. Е. Москаль, Г. А. Овсянников, С. А. Никитов, Письма в ЖЭТФ 121(7), 581 (2025).
  35. R. S. Kshetrimayum, Electromagnetic Simulation Using the Finite Element Method: Applications to Microwave Components, SciTech Publishing, London (2009).
  36. L. Bai, M. Harder, Y. P. Chen, X. Fan, J. Q. Xiao, and C.-M. Hu, Phys. Rev. Lett. 114, 227201 (2015).
  37. J. Lee, K. Cheenikundil, S. K. Kim, M. Harder, C.-M. Hu, Sci. Rep. 7, 6524 (2017).
  38. D. Gabrielyan, D. Volkov, E. Kozlova, A. Safin, D. Kalyabin, and S. Nikitov, J. Appl. Phys. 136, 084401 (2024).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025