Zakład Fizyki Nanostruktur

Niniejsza praca prezentuje badania teoretyczne spektrum fal spinowych oraz profili fal spinowych w jednowymiarowych (1D) periodycznych oraz kwaziperiodycznych (typu Fibonacciego) nanostrukturach magnonicznych, które zostały wykonane przy użyciu metody elementów skończonych. W strukturach tego typu współistnieją nielokalne, dalekozasięgowe oddziaływania dipolowe wraz z krótkozasięgowymi oddziaływaniami wymiennymi.
Głównym celem pracy było porównanie wyników otrzymanych dla kwaziperiodycznej magnonicznej struktury (uzyskanej przy pomocy reguły inflacyjnej Fibonacciego) z rezultatami uzyskanymi dla analogicznej struktury periodycznej – składających się z 55 elementów (drutów).
Analizowane struktury składają są z liczących tyle samo sekwencji nieskończenie długich pasków oraz o całkowitej szerokości – 5000 nm i grubości – 30 nm otrzymanych z kobaltu (Co) i permaloju (Py) będących ze sobą w bezpośrednim kontakcie w celu zapewnienia sprzężenia wymiennego między nimi. Kolejność ułożenia tych pasków jest definiowana przez typ uporządkowania. Obliczenia zostały wykonane dla struktur znajdujących się w zewnętrznym polu magnetycznym skierowanym wzdłuż osi pasków i falami spinowymi wzbudzanymi prostopadle do pasków – tego typu konfiguracja w literaturze określana jest mianem geometrii Damona-Eshbacha. Dla tej geometrii statyczne pole demagnetyzacji jest zaniedbywalne. Współczynnik wypełnienia (objętościowy stosunek jednego z materiałów do całego układu) dla struktury typu Fibonacciego oraz dla struktury periodycznej (o wszystkich paskach tej samej szerokości) nie jest ten sam – dla kwazikryształu Fibonacciego jest prawie równy złotej liczbie. W celu wyeliminowania wpływu jaki mógłby mieć na otrzymywane wyniki różny współczynnik wypełnienia badanych struktur zostały wykonane dodatkowe obliczenia dla struktury periodycznej o tej samej liczbie pasków oraz o takim samym współczynniku wypełnienia jak dla struktury Fibonacciego – więc w tego typu strukturze paski kobaltu mają inną szerokość niż paski permaloju. Obliczenia przeprowadzono dla struktur, których pierwszym materiałem jest permaloj (dla kryształu periodycznego o tej samej szerokości elementów będzie on zewnętrznym materiałem, zaś dla kryształu Fibonacciego oraz dla kryształu periodycznego o współczynniku wypełnienia takim jak Fibonacci będzie on materiałem zajmującym więcej miejsca objętościowo niż kobalt) oraz dla odwrotnej sytuacji – gdy materiałem zewnętrznym jest kobalt.
Analiza otrzymanych rezultatów pokazuje, że w strukturach kwaziperiodycznych została odnaleziona większa liczba magnonicznych przerw energetycznych niż w strukturach periodycznych. Dodatkowo, w kwaziperiodycznej strukturze o zwiększonym współczynniku wypełnienia permaloju odkryto wiele zlokalizowanych modów fal spinowych. Wyniki te wskazują na to, że kwazikryształy magnoniczne mogą być przydatne w aplikacjach magnonicznych.