Наноразмерные многофункциональные устройства магнонной логики и резервуарных вычислений на спиновых волнах в периодических магнитных гетероструктурах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-79-30027

НазваниеНаноразмерные многофункциональные устройства магнонной логики и резервуарных вычислений на спиновых волнах в периодических магнитных гетероструктурах

Руководитель Морозова Мария Александровна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл

Конкурс №81 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-701 - Электронная элементная база информационных систем

Ключевые слова Магноника, магнонная логика, магнонные сети, резервуарные вычисления, спиновая волна, наноплёнки железо-иттриевого граната, полупроводниковые технологии, генератор СВЧ сигналов, мультиплексирование/жемультиплексирование, левая среда, магнитные метаматериалы

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение научной проблемы, связанной с созданием новой элементной базы на принципах магноники, заключающихся в использовании спиновых волн или магнонов вместо электронов в качестве носителей информации. Наиболее важные параметры стандартной полупроводниковой электроники, такие как высокая скорость обработки, малый размер элемента, низкое энергопотребление и низкое тепловое излучение имеют фундаментальные физические ограничения. Бурное развитие IT технологий резко повышает требования к системам генерации, интеллектуальной обработки и передачи больших массивов информации. Это, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к элементной базе IT систем. Необходимость совершенствования элементной базы стимулирует поиск принципиально новых подходов и методов обработки информации. Одна из альтернативных концепций по преодолению данных ограничений лежит в области магноники. При этом принципиальным вопросом для создания функциональных устройств и решения поставленных задач является выбор адекватной среды передачи. Наиболее перспективный подход в этом направлении основывается на использовании коротковолновых магнонных возбуждений в наноразмерных периодических магнитных гетероструктурах. Научная значимость решения обозначенной проблемы обусловлена расширением сферы знания о физических процессах взаимодействия различных типов возбуждений в наноразмерных магнитных гетероструктурах, обусловленных совместным влиянием периодичности, связи в 3D направлениях, нелинейности, кольцевой геометрией и наличием полупроводниковых материалов, стандартных для КМОП технологий. Совместное проявление указанных факторов может привести к появлению новых линейных и нелинейных феноменов при распространении спиновых волн в таких структурах. Выявленные феномены позволят создать на базе таких структур многофункциональные наноразмерные устройства в микроволновом диапазоне для обработки данных, обладающие уникальными возможности, а также позволяющие реализовать набор функций на основе одного устройства, что эквивалентно динамике нейрона. Такими функциями являются, в частности логические операции всех типов, частотное мультиплексирование/демультиплексирование сигнала, нелинейное направленное ответвление, генерация СВЧ сигнала, генерация ультракоротких импульсов, создание магнонных сетей. Кроме того, ожидаемые феномены делают возможным создание на основе таких структур базового элемента для резервуарных вычислений в рекуррентной нейронных сетях. Использование полупроводниковых сред в таких гетероструктурах открывает потенциальные возможности двойного электрического и магнитного управления, а также интеграции предложенных магнонных устройств в стандартную полупроводниковую электронику. Актуальность решения данной проблемы продиктована необходимостью минитюаризации устройств магноники и переходом в наноразмерную область, сокращением энергопотребления, повышением быстродействия, поиском новых инструментов для нейроморфных вычислений, связанных с подбором оптимальной физической реализации резервуаров, а также интеграцией устройств на принципах магноники в стандартную КМОП архитектуру с решения задач обработки данных нового поколения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Балаева В.В., Матвеев О.В., Морозова М.А. Multiplexing in sandwich magnonic crystal/ferroelectric/ferromagnetic Abstracts Book of International Conference "Materials Science and Nanotechnology" (MSN-2023). Russia, Ekaterinburg, August 27-30 2023, С. 81 (год публикации - 2023)

2. Морозова М.А., Матвеев О.В., Маркеев А.А., Черникова А.Г., Медников А.М., Гусев С.А., Гусев Н.С., Пашенкин И. Ю., Романенко Д.В., Никитов C.А. Magnetoelectric hysteresis of Bragg resonances in a multiferroic crystal based on YIG/HZO Physical Review B, V. 108, N 17. 174407 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.108.174407

3. Морозова М.А., Лобанов Н.Д., Матвеев О.В., Никитов С.А. Spin current for tuning the band gaps of spin waves Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 588, Part A, 171418 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jmmm.2023.171418

4. Морозова М.А., Матвеев О.В., Гусев С.А., Гусев Н.С., Романенко Д.В., Никитов C.А. Laser-induced Bragg resonances in ferrit/semiconductor heterostructure Applied Physics Letters, V.123, 202406 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0177337

5. Морозова М.А., Лобанов Н.Д., Матвеев О.В., Романенко Д. В., Никитов С.А. Bragg resonances in sandwich magnonic crystals with non-identical periods Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 584. 171051 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jmmm.2023.171051

6. Богомолова А.В., Никитов C.А., Огрин Ф.Ю., Гришин С.В. Magnetic bias field driven ferro- and antiferromagnetic semiconductors as double negative media for microwave and terahertz ranges Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 587, 171278 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jmmm.2023.171278

7. Тихонов В.В., Локк Э.Г., Пташенко А.С., Садовников А.В. Excitation of exchange spin waves in the transition layer of the two-layer ferrite-ferrite structure Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 587, 171251 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jmmm.2023.171251

8. Морозова М.А., Матвеев О.В., Пташенко А.С., Садовников А.В., Никитов C.А. Особенности брэгговских резонансов в магнонном кристалле с двумя периодами Письма в ЖЭТФ, т. 118, вып. 9, с. 677-682 (год публикации - 2023)
10.31857/S1234567823210085

9. Морозова М.А., Матвеев О.В., Романенко Д. В., Никитов С.А. Брэгговские резонансы в мультиферроидном кристалле с двойной нелинейностью Журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 164, вып. 4 (10), с. 503-513 (год публикации - 2023)
10.31857/S0044451023100036

10. Бир А.С., Морозова М.А., Романенко Д.В., Никитов С.А., Гришин С.В. Индуцированная светом генерация темных диссипативных солитонов огибающей в активном кольцевом резонаторе на основе бикомпонентного магнонного кристалла ферромагнетик−полупроводник Письма в журнал технической физики, т.49, вып. 22, с. 27-30 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.22.56596.19701

11. Грачев А.А., Садовников А.В. Невзаимное распространение спиновых волн в асимметричной магнонной структуре Физика твердого тела, т.65, вып. 11, с.1931-1937 (год публикации - 2023)
10.21883/FTT.2023.11.56546.167

12. Хутиева А.Б., Акимова В.Р., Садовников A.В. Управление характеристиками спиновых волн в системе ЖИГ-микроволноводов при изменении параметров дипольной связи Физика твердого тела, т.65, вып. 10, с.1737-1745 (год публикации - 2023)
10.21883/FTT.2023.10.56321.157

13. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Локк Э.Г., Садовников А.В. Особенности невзаимного распространения спиновых волн в магнонно-кристаллической структуре на основе двухслойной пленки железо-иттриевого граната с частичной металлизацией Физика твердого тела, № 1 (год публикации - 2024)

14. Хутиева А.Б., Грачев А.А, Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Распространение спиновых волн в решетке латерально и вертикально связанных ЖИГ микроволноводов при изменении угла намагничивания в линейном и нелинейном режимах Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика, Т. 32, № 1 (год публикации - 2024)

15. Грачев А.А., Горлач М.А., Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Voltage-controlled topological transitions of spin waves in magnonic crystal/PZT structure Book of Abstracts Samarkand International Symposium on Magnetism 2 – 6 July 2023, Uzbekistan, Samarkand, C. 50 (год публикации - 2023)

16. Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Грачев А.А., Никитов С.А. Functional magnonic interconnection: spin-wave coupling and broken translational symmetry in magnonic structures Abstracts International Conference Days on Diffraction 2023. Russia, St.Petersburgs, June 5-9 2023, C. 111-112 (год публикации - 2023)

17. Губанов В.А., Кругляк В.В., Садовников А.В. Control of the spectrum of spin waves in a rounded structure with the introduction of local laser heating Book of Abstracts International conference “Functional Materials” ICFM-2023. Russia, Crimea, October 2-6, 2023, С. 61-62 (год публикации - 2023)

18. Мартышкин А.А., Локк Э.Г., Огрин Ф., Садовников А.В. Nonreciprocal caustic spin waves in partially metallized T-shape waveguide Book of Abstracts International conference “Functional Materials” ICFM-2023. Russia, Crimea, October 2-6, 2023, С. 63-64 (год публикации - 2023)

19. Гаранин Ф.Е., Губанов В.А., Хутиева А.Б., Садовников А.В. Investigation of filtration regimes in the composite structure of ferromagnetic waveguides with variated width Book of Abstracts International conference “Functional Materials” ICFM-2023. Russia, Crimea, October 2-6, 2023, С. 70-71 (год публикации - 2023)

20. Тихонов В.В., Губанов В.А., Садовников А.В. Spin-wave diagnostics of ultrathin YIG films Book of Abstracts International conference “Functional Materials” ICFM-2023. Russia, Crimea, October 2-6, 2023, С. 57-58 (год публикации - 2023)

21. Лобанов Н. Д., Матвеев О. В., Романенко Д. В., Морозова М. А. Слоистые феррит/диэлектрические структуры с двумя периодами для частотной обработки спин-волновых сигналов Сборник тезисов 33-й Международной научно-технической конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2023). Россия, Севастополь, 10-16 сентября 2023 г., С.118 (год публикации - 2023)

22. Мартышкин А.А., Бубликов К., Садовников А.В. Распространение спиновых волн в магнонно-кристаллической структуре YIG/GaAS Сборник тезисов IX Байкальской международной конференции «Магнитные материалы. Новые технологии» (BICMM-2023). Россия, Байкальск, 11–14 сентября 2023 г., С. 99 (год публикации - 2023)

23. Грачев А.А., Горлач М.А., Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Управляемая частотно-селективная фильтрация спиновых волн в мультиферроидных структурах ЖИГ/PZT Сборник тезисов IX Байкальской международной конференции «Магнитные материалы. Новые технологии» (BICMM-2023). Россия, Байкальск, 11–14 сентября 2023 г., C. 78-79 (год публикации - 2023)

24. Морозова М.А., Матвеев О.В., Маркеев А.М., Никитов С.А. Гистерезис запрещенных зон спиновых волн в мультиферроидной структуре YIG/HZO Сборник тезисов IX Байкальской международной конференции «Магнитные материалы. Новые технологии» (BICMM-2023). Россия, Байкальск, 11–14 сентября 2023 г., С. 157-158 (год публикации - 2023)

25. Тихонов В.В., Губанов В.А., Садовников А.В. Спин-волновая диагностика слоистой структуры эпитаксиальных пленок ЖИГ Сборник тезисов IX Байкальской международной конференции «Магнитные материалы. Новые технологии» (BICMM-2023). Россия, Байкальск, 11–14 сентября 2023 г., С. 44-45 (год публикации - 2023)

26. Тихонов В.В., Губанов В.А., Садовников А.В. Линия задержки на обменных спиновых волнах . Сборник статей ХII Всероссийской научно-технической конференции Электроника и микроэлектроника СВЧ. Россия, Санкт-Петербург, 29 мая-2 июня 2023 г., С. 600-604 (год публикации - 2023)

27. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Садовников А.В. Распространение спиновых волн в низкочастотном и высокочастотном диапазонах в многослойных магнонных кристаллах Сборник тезисов XXXIV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2023»). Магноника и спинтроника. Россия, Московская область, 22 мая-2 июня 2023 г., С. 5-6 (год публикации - 2023)

28. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Садовников А.В. Формирование запрещенных зон в слоистой структуре магнонный кристалл−ферромагнитная пленка Сборник трудов XVIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Россия, Саратов, 12-13 сентября 2023 г., С.145-146 (год публикации - 2023)

29. Грачев А.А., Одинцов С.А., Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Невзаимность спиновых волн в асимметричной трёхмерной магнонной структуре Сборник трудов XVIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Россия, Саратов, 12-13 сентября 2023 г., С. 51 (год публикации - 2023)

30. Гаранин Ф.Е., Губанов В.А., Садовников А.В. Связанные спиновые волны в нерегулярных магнонных структурах на основе латеральных ЖИГ микроволноводов с изменяющейся шириной Сборник трудов XVIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Россия, Саратов, 12-13 сентября 2023 г., С. 44 (год публикации - 2023)

31. Хутиева А.Б., Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Управление характеристиками спиновых волн в системе ЖИГ микроволноводов при изменении параметров дипольной связи Сборник трудов XVIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Россия, Саратов, 12-13 сентября 2023 г., C.198-199 (год публикации - 2023)

32. Хутиева А.Б., Ломова М.В., Садовников А.В. Метод мандельштам-бриллюэновской спектроскопии для жесткостных свойств раковых клеток IN VITRO Сборник трудов XVIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Россия, Саратов, 12-13 сентября 2023 г., С. 200-201 (год публикации - 2023)

33. Богомолова А.В., Романенко Д.В., Гришин С.В. Светлые солитоны огибающей в тонких пленках антиферроманитного полупроводника со свойствами левой среды Сборник трудов XVIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Россия, Саратов, 12-13 сентября 2023 г., C. 26-27 (год публикации - 2023)

34. Комков П.С., Гришин С.В. Генерация коротких импульсов и аналогов волн-убийц в многосвязанных параметрических осцилляторах Вышкинд-Рабиновича Сборник трудов XVIII Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика». Россия, Саратов, 12-13 сентября 2023 г., C. 86-87 (год публикации - 2023)

35. Садовников А.В., Бегинин Е.Н.,Никитов С.А. Исследование свойств спиновых волн в магнитных микро и наноструктурах методом Мандельштам-бриллюэновской спектроскопии Сборник статей Всероссийской научной школы-семинара «Взаимодействие СВЧ, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами». Россия, Саратов, 24-25 мая 2023 г., С. 156-158 (год публикации - 2023)

36. Тихонов В.В.,Губанов В.А., Пташенко А.С., Садовников А.В. Возбуждение обменных спиновых волн в двухслойной пленке ЖИГ Сборник статей Всероссийской научной школы-семинара «Взаимодействие СВЧ, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами». Россия, Саратов, 24-25 мая 2023 г., С. 467-471 (год публикации - 2023)

37. Губанов В.А., Садовников А.В. Управление спектром спиновых волн в структуре с закруглением при введении локального лазерного нагрева Сборник статей Всероссийской научной школы-семинара «Взаимодействие СВЧ, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами». Россия, Саратов, 24-25 мая 2023 г., C. 159-161 (год публикации - 2023)

38. Мартышкин А.А., Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Поверхностные магнитостатические волны в периодических феррит-полупроводниковых структурах Сборник статей Всероссийской научной школы-семинара «Взаимодействие СВЧ, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами». Россия, Саратов, 24-25 мая 2023 г., C. 269-272 (год публикации - 2023)

39. Бир A.С. Генераторы ультракоротких импульсов спиновых волн: теория и эксперимент Сборник научных трудов XXX Всероссийской научной конференции «Нелинейные дни в Саратове для молодых», Россия, Саратов, 15–19 мая 2023 г., C. 65-66 (год публикации - 2023)

40. Садовников А.В. , Мартышкин А.А. Функциональные межсоединения на основе квазидвумер- ных и трехмерных магнонных структур в латеральных и вертикальных топологиях Вестник Российского фонда фундаментальных исследований, № 2 (118), С. 130-137 (год публикации - 2023)
10.22204/2410-4639-2023-118-02-130-140

41. Амельченко М.Д., Огрин Ф.Ю., Гришин С.В. Numerical simulation of left-handed behavior in the ferromagnetic metamaterial with an array of night permittivity dielectric rods Abstracts book of Samarkand International Symposium on Magnetism 2 – 6 July 2023, Uzbekistan, Samarkand, С. 223 (год публикации - 2023)

42. Грачев А.А., Одинцов С.А., Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Non-reciprocal propagation and coupling of spin waves in an asymmetric magnonic structure Book of Abstracts International conference “Functional Materials” ICFM-2023. Russia, Crimea, October 2-6, 2023, C. 60 (год публикации - 2023)

43. Хутиева А., Садовников А. Spin wave beam formation and focusing in magnonic 2d stripe lattice Book of Abstracts V Internation Baltic Conference on Magnetism 2023. Russia, Svetlogorsk, August 20-24, 2023, C. 97 (год публикации - 2023)

44. Лобанов Н.Д., Матвеев О.В., Морозова М.А. Демультиплексирование спиновых волн с помощью спинового тока Сборник тезисов XXXIV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2023»). Магноника и спинтроника. Россия, Московская область, 22 мая-2 июня 2023 г., С. 26-27 (год публикации - 2023)

45. Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Никитов С.А. Управляемые устройства пространственно-частотной селекции спиновых волн Сборник статей ХII Всероссийской научно-технической конференции Электроника и микроэлектроника СВЧ. Россия, Санкт-Петербург, 29 мая-2 июня 2023 г., С.579-581 (год публикации - 2023)

46. Лобанов Н.Д., Матвеев О.В. , Морозова М.А. Влияние спинового тока на брэгговские резонансы в связанных магнонных кристаллах Сборник статей Всероссийской научной школы-семинара «Взаимодействие СВЧ, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами». Россия, Саратов, 24-25 мая 2023 г., С. 218-220 (год публикации - 2023)

47. Бессонов В.Д., Хутиева А.Б., Теплов В.С., Шешукова С.Е., Телегин А.В., Стогний А.И., Гениуш Р., Гузовска У., Мазевски А., Садовников А.В. Nonreflection beam formation in magnonic antidot array Physical Review B (год публикации - 2024)

48. Лобанов Н.Д., Морозова М.А. Amplitude and frequency processing of spin-wave signals in structures with magnon crystal and normal metal Materials Science and Nanotechnology (MSN-2024). Abstract Book of the Second International Conference (Ekaterinburg, August 27-30, 2024) Ekaterinburg, Ural Federal University, 2024, P. 89 (год публикации - 2024)

49. Амельченко М.Д., Огрин Ф.Ю., Гришин С.В. Микромагнитное моделирование ферромагнитного метаматериала в программе MaxLLG International Symposium "Spin Waves 2024", Saratov, 26-29 August 2024, O-28-06 (год публикации - 2024)

50. Фильченков И.О., Мартышкин А.А., Садовников А.В. Mems-controlled zigzag microwave filter International Symposium "Spin Waves 2024", Saratov, 26-29 August 2024, P-08 (год публикации - 2024)

51. Гаранин Ф.Е., Губанов В.А., Садовников А.В. Study of spin wave propagation in a system of laterally coupled microwave guides International Symposium "Spin Waves 2024", Saratov, 26-29 August 2024, P-12 (год публикации - 2024)

52. Садовников А.В., Мартышкин А.А., Губбиотти Г., Ногинова Н.Н., Демидов В. Спиновые волны в трехмерной меандровой структуре Py/DVD XIII Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и микроэлектроника СВЧ". Сборник докладов. Санкт-Петербург. 27 - 31 мая 2024 г. , С. 393-394 (год публикации - 2024)

53. Фильченков И.О., Зюзин В.А., Садовников А.В. Влияние ЖИГ-резонатора на распространение спиновых волн в зигзагообразной структуре «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»: тез. докл. XIX Всерос. конф. молодых ученых, С. 136-137 (год публикации - 2024)

54. Александрова Ю.В. , Садовников А.В., Бегинин Е.Н. Прохождение спиновых волн в двухслойных волноводах с магнитными неоднородностями в режиме однонаправленного распространения «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»: тез. докл. XIX Всерос. конф. молодых ученых, С. 8-9 (год публикации - 2024)

55. Фильченков И.О., Садовников А.В. Резонансный механизм управления спиновыми волнами в зигзагообразном микроволноводе Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами: Сборник статей одиннадцатой Всероссийской научной школы-семинара, С. 326-329 (год публикации - 2024)

56. Гаранин Ф.Е., Губанов В.А., Садовников А.В. Исследование режимов фильтрации в системе латерально связанных микроволноводов Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами: Сборник статей одиннадцатой Всероссийской научной школы-семинара, С. 334-337 (год публикации - 2024)

57. Морозова М.А., Лобанов Н.Д., Матвеев О.В., Маркеев А.М. Гистерезис брэгговских резонансов спиновых волн в мультиферроидной структуре YIG/HZO Скачать сборник тезисов докладов XXI научной школы «Нелинейные волны – 2024», С. 144 (год публикации - 2024)

58. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Садовников А.В. Исследование нелинейных эффектов спиновых волн в многослойных ферромагнитных структурах с периодическим металлическим экраном Скачать сборник тезисов докладов XXI научной школы «Нелинейные волны – 2024», С. 195-196 (год публикации - 2024)

59. Морозова М.А., Матвеев О.В., Романенко Д.В., Балаева В.В., Гусев С.А., Гусев Н.С., Никитов С.А. Gap solitons in nanoscale YIG magnonic crystals Physical Review B, V. 110, № 10, p. 104408 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevB.110.104408

60. Грачев А.А., Одинцов С.А., Бегинин Е.Н., Садовников А.В. Nonreciprocal spin-wave transport in an asymmetric three-dimensional magnonic coupler Physical Review Applied , V. 21, № 2, P. 024031 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevApplied.21.024031

61. Тихонов В.В., Пташенко А.С., Садовников А.В. Interface Mechanism of Photon-Magnon-Phonon Conversion in an Epitaxial Ferrite Dielectric Structure Journal of Physics D: Applied Physics, V. 58. P. 07LT01 (год публикации - 2024)
10.1088/1361-6463/ad9500

62. Морозова М.А., Матвеев О.В., Гришин С.В., Богомолова А.В., Никитов С.А. Bragg resonances in left-handed bigyrotropic media based on periodic ferromagnetic semiconductor Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 612, P. 172630 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jmmm.2024.172630

63. Морозова М.А., Лобанов Н.Д., Матвеев О.В., Никитов С.А. Control of spin wave demultiplexing using spin current Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 612, P. 172642 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jmmm.2024.172642

64. Мартышкин А.А., Садовников А.В. Magnonic demultiplexer-switch based on the cluster of coupled ferrimagnetic Mach–Zehnder interferometers Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 595, P. 171644 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jmmm.2023.171644

65. Тихонов В.В., Пташенко А.С., Садовников А.В. Waveguide modes of exchange spin waves in epitaxial YIG films Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 605, P. 172331 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jmmm.2024.172331

66. Удалов О.Г., Горев Р.В., Гусев Н.С., Садовников А.В., Сапожников М.В. Electric Field Manipulation of the Dzyaloshinskii–Moriya Interaction in Hybrid Multiferroic Structures IEEE Transactions on Magnetics , V. 60, № 11, P. 2500908 (год публикации - 2024)
10.1109/TMAG.2024.3453591

67. Богомолова А.В., Гришин С.В., Никитов С.А. Bright Envelope Solitons in the Double Negative Media Based on Thin Films of Nonlinear Ferromagnetic Semiconductor IEEE Transactions on Magnetics , V. 60, № 9, P. 2400305 (год публикации - 2024)
10.1109/TMAG.2024.3422797

68. Морозова М.А., Матвеев О.В., Лобанов Н.Д., Романенко Д.В., Медников А.М., Гусев С.А., Гусев Н.С., Никитов С.А. Управление брэгговскими резонансами спиновых волн с помощью спинового тока в магнонном кристалле с Pt полосками Письма в ЖЭТФ, Т. 120, № 12 (год публикации - 2024)

69. Богомолова А.В., Романенко Д.В., Гришин С.В., Никитов С.А. Генерация светлых солитонов огибающей субнаносекундной длительности в дважды отрицательной бигиротропной среде на основе намагниченной пленки ферромагнитного полупроводника Письма в ЖТФ (год публикации - 2024)

70. Бир А.С., Романенко Д.В., Гришин С.В., Никитов С.А. Генерация многочастотного сигнала в магнонном кольцевом автогенераторе на основе супертонкой пленки железо-иттриевого граната Письма в ЖТФ (год публикации - 2024)

71. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Шешукова С.Е., Садовников А.В. Влияние электропроводности металлического экрана на характер распространения спиновых волн в двухслойных пленках ЖИГ Физика твердого тела, Т. 66, № 6, С. 921-924 (год публикации - 2024)
10.61011/FTT.2024.06.58248.16HH

72. Гаранин Ф.Е. , Губанов В.А., Садовников А.В. Исследование распространения спиновых волн в системе латерально расположенных на одной подложке микроволноводов Сборник трудов XXV Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», С. 5-38 - 5-40 (год публикации - 2024)

73. Лобанов Н.Д., Матвеев О.В., Морозова М.А. Bragg resonances in coupled magnon crystals with different periods International Symposium "Spin Waves 2024", Saratov, 26-29 August 2024, P-24 (год публикации - 2024)

74. Балаева В.В., Романенко Д.В., Морозова М.А. Пространственная перекачка спиновых волн в связанных магнонных кристаллах «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика»: тез. докл. XIX Всерос. конф. молодых ученых, С. 14 (год публикации - 2024)

75. Фильченков И.О., Зюзин В.А., Садовников А.В. Микромеханическое управление динамикой спиновых волн в волноводе с зигзагообразной геометрической секцией Актуальные проблемы физической и функциональной электроники : материалы 27-й Всероссийской молодежной научной конференции (г. Ульяновск, 22-24 октября 2024 года), C. 308-310 (год публикации - 2024)
10.61527/APPFE-2024.308-310

76. Гришин С.В., Комков П.С., Москаленко О.И. Короткие импульсы, “on-off” перемежаемость и когерентный резонанс в моделях многосвязанных параметрических спин-волновых автогенераторов XIII Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и микроэлектроника СВЧ". Сборник докладов. Санкт-Петербург. 27 - 31 мая 2024 г. , С. 389-392 (год публикации - 2024)

77. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Садовников А.В. Нелинейная динамика спиновых волн в латеральных магнитных микроволноводах Актуальные проблемы физической и функциональной электроники : материалы 27-й Всероссийской молодежной научной конференции (г. Ульяновск, 22-24 октября 2024 года), С. 261- 263 (год публикации - 2024)
10.61527/APPFE-2024.261-263

78. Садовников А.В., Мартышкин А.А., Шешукова С.Е., Бегинин Е.Н. Распространение магнитостатических спиновых волн в 3D структуре Py/DVD Сборник трудов XXV Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», C. 533-534 (год публикации - 2024)

79. Грачев А.А., Садовников А.В. Управляемая упругими деформациями многополосная частотная фильтрация спиновых волн в мультиферроидной структуре – магнонный кристалл/пьезоэлектрик Новое в магнетизме и магнитных материалах. Сборник трудов XXV Международной конференции 1 – 5 июля 2024 г., C. 11-99 - 11-101 (год публикации - 2024)

80. Тихонов В.В., Садовников А.В. Коллинеарное фотон-магнон-фононное взаимодействие в переходном слое эпитаксиальной пленки ЖИГ Сборник трудов XXV Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», С. 1218 - 1219 (год публикации - 2024)

81. Балаева В.В., Морозова М.А. Spin waves in nanoscale lateral coupled ferrite structure International Symposium "Spin Waves 2024", Saratov, 26-29 August 2024, P-02 (год публикации - 2024)

82. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Садовников А.В. Investigation of spin wave dispersion in multilayer ferromagnetic structures with periodic metallic screen International Symposium "Spin Waves 2024", Saratov, 26-29 August 2024, P-39 (год публикации - 2024)

83. Грачев А.А., Садовников А.В. Управляемый упругими деформациями многополосный логический затвор спиновых волн на основе мультиферроидной структуры XIII Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и микроэлектроника СВЧ". Сборник докладов. Санкт-Петербург. 27 - 31 мая 2024 г. , С. 466-467 (год публикации - 2024)

84. Тихонов В.В., Губанов В.А., Пташенко А.С., Садовников А.В. Моделирование линии задержки на обменных спиновых волнах Журнал технической физики, Т. 94, № 2, С. 255-260 (год публикации - 2024)
10.61011/JTF.2024.02.57080.198-23

85. Пташенко А.С., Одинцов С.А., Локк Э. Г., Садовников А.В. Особенности невзаимного распространения спиновых волн в магнонно-кристаллической структуре на основе двухслойной пленки железо-иттриевого граната с частичной металлизацией Физика твердого тела, Т. 66, № 1, С. 205-210 (год публикации - 2024)
10.61011/FTT.2024.01.56941.205

86. Гришин С.В., Богомолова А.В., Никитов С.А. Bright envelope solitons in the double negative media based on thin films of nonlinear ferromagnetic semiconductor Abstract Book, 2024 International Magnetics Conference (INTERMAG 2024), May 06 - 17, 2024, AS-13 (год публикации - 2024)

87. Морозова М.А., Матвеев О.В., Маркеев А.М. Брэгговские резонансы в мультиферроидной структуре YIG/HZO International Symposium "Spin Waves 2024", Saratov, 26-29 August 2024, P-32 (год публикации - 2024)

88. Лобанов Н.Д., Матвеев О.В., Морозова М.А. Особенности распространения спиновых волн в слоистой структуре из магнонных кристаллов с разными периодами Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами: Сборник статей одиннадцатой Всероссийской научной школы-семинара, С. 119-121 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе выполнения второго этапа проекта получен ряд экспериментальных и теоретических результатов, касающихся новых резонансных и нелинейных эффектов в наноразмерных периодических гетероструктурах, а также механизмов совместного влияния связи, периодичности, нелинейности, кольцевой геометрии и действия полупроводниковой среды. Данные эффекты могут быть положены в основу спин волновых устройств, осуществляющих функции магнонный логики, мультиплексирования/демультиплексирования сигналов, нелинейного направленного ответвления, генерацию непрерывного СВЧ сигнала и ультракоротких импульс, а также резервуарных вычислений. В частности, получены следующие результаты. Исследована эволюция спин-волнового сигнала в магнонном интерферометре Маха-Цендера. Показано, что лазерное излучение одного из плеч интерферометра позволяет управлять интерференцией спин-волнового сигнала. Исследуемая структура позволяет реализовать операцию "НЕ". Для структуры двух латерально связанных волноводов ЖИГ, на поверхности которых созданы периодические системы полосок Si, продемонстрирована возможность формирования щелевого солитона на частоте, лежащей в запрещенной зоне периодической структуры. При приложении напряжения к Si полоскам формирование солитонов происходит в некотором диапазоне значений напряжений. Построена нелинейная волновая модель, описывающая спектральные характеристики и распространение импульсов спиновых волн в двух латерально связанных волноводах ЖИГ, на поверхности которых созданы периодические системы полосок полупроводника. Продемонстрирована возможность формирования щелевых солитонов и управление параметрами солитонов с помощью электрического и магнитного поля. Создан экспериментальный макет нелинейного направленного ответвителя, реализующего функции пространственного деления сигналов разного уровня мощности по выходным портам структуры на основе двух латерально связанные волновода ЖИГ, на поверхности которых созданы периодические системы полосок Si. Сигнал малой мощности поступает на порт 2 (расположенный на выходе волновода, в который подается входной сигнал), а сигнал большой мощности поступает на порт 3 (расположенный на выходе соседнего волновода). Распределение сигнала по портам определяется напряженностью магнитного и электрического поля. Проведено исследование особенностей процессов формирования пучков спиновых волн для структуры связанных магнитных волноводов в конфигурации 1х1 и 2х1 в перпендикулярной геометрии. Продемонстрирован режим различного ответвления мощности в перпендикулярный волновод в зависимости от частоты сигнала. Проведено исследование свойств спиновых волн, распространяющихся в структуре YIG/GaAs. Продемонстрирован эффект невзаимности спин-волнового сигнала, проявляющийся в изменении продольного волнового числа при лазерном облучении. Показано, что в зависимости от мощности облучения волновой канал направлен в разные стороны, относительно центральной антенны. Проведено исследование распространения спиновых волн в структуре типа меандр, состоящих из областей плёнок Py, ориентированных в разных плоскостях. Показано, что нарушение симметрии плоскости скольжения приводит к появлению зоны непропускания спиновых волн в области волновых чисел соответствующих первой зоне Брэгга для периодических структур. Проведено исследование спиновых волн в структуре, состоящей из слоев ЖИГ разной намагниченности и слоя магнитного металла Py. Установлено, что уменьшение электропроводности слоя Py приводит к снижению взаимодействия спиновых волн с металлическим слоем. Для двухслойной плёнки ЖИГ, нагруженной периодическими полосками из Py продемонстрировано формирование областей непрохождения спин-волнового сигнала. Разработана теория гибридизации и преобразования энергии между электромагнитных волн, обменных спиновых волн и акустических волн в переходных слоях эпитаксиальных феррит-диэлектрических и феррит-ферритовых структур. Проведены эксперименты, подтвердившие эффекты каскадной гибридизации волн в переходном слое ЖИГ-ГГГ, что проявляется в интенсивном возбуждении акустических волн и возникновении магнитоакустических резонансов. Разработана конструкция миниатюрной управляемой линии задержки на основе обменных спиновых волн, включающая структуру ГГГ–ЖИГ–ГГГ, входные и выходные микрополосковые линии передачи и портативную магнитную систему. Линия задержка позволяет регулировать время задержки и фазу СВЧ сигнала путем изменения внешнего магнитного поля. При толщине слоя ЖИГ 100 мкм длительность задержки может достигать нескольких десятков наносекунд. Создан макет микроволнового активного кольцевого резонатора на основе линии передачи с пленкой ЖИГ, сверхширокополосного твердотельного усилителя на основе GaN транзисторов, работающего в режиме линейного усиления, и микрополоскового полосно-пропускающего фильтра. Установлено, что спектр мощности многочастотного СВЧ-сигнала в резонаторе не является сплошным, а его спектральная плотность мощности сильно неоднородна по частоте. Построена модель трех однонаправлено связанных параметрических генераторов Вышкинд-Рабиновича. Обнаружен режим перемежаемости типа “on-off” и хаотическая генерация импульсов «гигантской» амплитуды, являющихся аналогами «волн-убийц». В случае высокочастотных мод, в такие импульсы вложены периодические последовательности коротких светлых импульсов огибающей, а в случае низкочастотных мод – периодические последовательности темных импульсов. В режиме перемежаемости наблюдается явление когерентного резонанса. Проведено моделирование дисперсионных характеристик электромагнитных волн в ферромагнитном метаматериале. Показано, что эффективная диэлектрическая проницаемость имеет набольшие значения вблизи плазменной частоты, которая перестраивается по частоте магнитным полем. Получены солитонные решения для обратной электромагнитной волны, существующей на частотах вблизи плазменной частоты. Получено дисперсионное уравнение для пленки ферромагнитного полупроводника. Показано, что при переходе к пленкам субмикронной толщины дисперсионная характеристика медленной электромагнитной волны меняется с аномальной на нормальную. Установлено, что медленная обратная электромагнитная волна на частотах, где материальные параметры среды являются дважды отрицательными, является квази-ТЕ волной. Медленная обратная электромагнитная волна на частотах, где эффективная магнитная проницаемость становится положительной, а эффективная диэлектрическая проницаемость остается отрицательной, перестает быть квази-ТЕ волной. Получено численное решение нелинейного уравнения Шредингера в виде светлого солитона огибающей на медленной электромагнитной волне, имеющей как аномальную дисперсию в пленке ферромагнитного полупроводника толщиной 10 мкм, так и нормальную дисперсию в пленке толщиной 100 нм.

Публикации