Spin bangos sklidimas kubinėse anizotropinėse medžiagose | NPP Azijos medžiagos

Spin bangos sklidimas kubinėse anizotropinėse medžiagose | NPP Azijos medžiagos

Anonim

Dalykai

  • Taikomoji fizika
  • Magnetinės savybės ir medžiagos

Anotacija

Šiuolaikinių technologijų informacijos nešiklis yra elektronų krūvis, kurio pernešimas neišvengiamai sukuria Džaulės šildymą. Sukimosi bangos, kolektyvinis pirmykštis elektronų sukimosi judesys, nėra susijusios su judančiaisiais krūviais ir taip išvengiama Džaulio kaitinimo. Šiuo atžvilgiu magnoniniai prietaisai, kuriuose informacija yra perduodama sukinio bangomis, kelia susidomėjimą mažos galios skaičiavimu. Tačiau praktiniam naudojimui skirtų magnoninių prietaisų veikimas kenčia dėl žemo sukimosi bangos signalo ir įjungimo / išjungimo santykio. Čia parodome, kad kubinės anizotropinės medžiagos gali sustiprinti sukimosi bangos signalus, pagerindamos sukimosi bangos amplitudę, taip pat grupės greitį ir silpnėjimo ilgį. Be to, kubinės anizotropinės medžiagos pasižymi padidintu įjungimo / išjungimo santykiu per šoninį lokalizacijos brėžinį, kuris iš arti imituoja vartų valdomą laidų kanalą tradiciniuose lauko efektų tranzistoriuose. Šios patrauklios kubinių anizotropinių medžiagų savybės pagyvins magnonikos tyrimus, susijusius su bangomis veikiančiais funkciniais prietaisais.

Įvadas

Magnonika yra tyrimų sritis, kurios tikslas yra kontroliuoti ir manipuliuoti magnetinių medžiagų sukinio bangomis, skirtomis apdoroti informaciją. 1, 2, 3 sukimosi bangos įgalina Būlio ir ne Būlio skaičiavimą, sunaudojant mažai energijos. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 Jų bangų savybės taip pat leidžia nustatyti skirtingas funkcijas, 11, 12, 13, 14, tokias kaip kelių įvesties / išvesties (netiesinės) operacijos. Nepaisant reikšmingos pažangos, mažas sukimosi bangų signalo ir įjungimo / išjungimo santykis buvo pagrindinės kliūtys įgyvendinant magnoninius prietaisus praktiniam naudojimui. Šias kliūtis lemia blogas sužadinimo efektyvumas ir sukimosi bangų sklidimo nuostoliai. Šiame darbe parodome, kad kubinės anizotropinės medžiagos siūlo efektyvesnį sukimosi bangų sklidimą nei įprastos.

Mūsų strategija tobulinti sukimosi bangos signalą yra modifikuojant dispersijos santykį. Palyginus su kitomis kietojo kūno bangomis, sukinio bangos dispersija yra labai anizotropinė, kurią sukelia tolimoji magnetostatinė sąveika. Įprastas būdas kontroliuoti dispersijos anizotropiją yra pakeisti santykinę orientaciją tarp pusiausvyros įmagnetinimo krypties m ir bangos vektoriaus k krypties (ty, atgalinis tūris ( m || k ), paviršius ( mk plokštumoje m). ) ir priekinio tūrio režimai ( mk, esant plokštumai m )). Kadangi dispersija lemia visas sukinio bangos savybes, tinkamai atlikus dispersijos modifikavimą, galime pagerinti gręžimo bangos savybes. Atkreipiame dėmesį, kad norint patobulinti sukimosi bangos įtaisų funkcionalumą, turėtų būti patobulinta ne tik sukimosi bangos amplitudė, bet ir nugaros bangos silpnėjimo ilgis bei grupės greitis.

Čia pristatome epitaksinį Fe filmą kaip šiam tikslui skirtą bangolaidį. Epitaksinės Fe plėvelės kubinė kristalinė anizotropija suteikia papildomą rankenėlę dispersijai modifikuoti keičiant santykinę orientaciją tarp magnetinės lengvos (arba kietos) ašies ir bangos vektoriaus k krypties. Kaip parodyta žemiau, tinkamas šios santykinės orientacijos derinimas leidžia padidinti sukimosi bangos amplitudę 28, taip pat sukimosi bangos silpnėjimo ilgį ir grupės greitį keliais veiksniais. Mes taip pat parodome, kad kubinė anisotropija suteikia milžinišką šoninę sukinio bangos asimetriją, nes šoninis lokalizacijos briaunų režimas yra lygus nuliniam išoriniam laukui, o tai gali įgalinti trijų galų nestabilius sukinio bangos loginius vartus.

Medžiagos ir teorinis pagrindas

Sukimosi bangos dispersija kubinėse anizotropinėse medžiagose pirmiausia buvo nustatyta Kalinikos ir kt. 17 Užuot pradėję nuo šios žinomos sklaidos tiesiogiai, aprašome problemą gana bendrai, kad įgytume įžvalgos, kaip pagerinti sukimosi bangos savybes. Pirmiausia aprašome du pagrindinius dispersinio santykio reikalavimus, kad pagerėtų nugaros bangos savybės. Remiantis nugaros bangos teorija, kai magnetizuojama plokštumoje m, darant prielaidą, kad m kinta tik sukimosi bangos sklidimo kryptimi, 18, 19, 20, 21, sukimosi bangos amplitudė A SW, grupės greitis v g ir silpnėjimo ilgis Λ atitinkamai pateikiamas kaip (daugiau informacijos žr. 1 papildomoje pastaboje)

Image

Image
Image

kur H 1 (= F φφ / μ 0 M S + M S P k sin 2 φ ) ir H 2 (= F θθ / μ 0 M S + M S (1 - P k )) yra plokštumoje ir normaliai efektiniai laukai, atitinkamai, ir F yra laisvosios magnetinės energijos tankis be magnetostatinių sąveikų, kurie apdorojami atskirai. Indeksai (ty θ ir φ yra atitinkamai m ir poliniai ir azimutiniai kampai) F rodo dalinius darinius aplink pusiausvyros padėtį, P k = 1− (1 − e - | k | d ) / | k | d , kur k yra bangos skaičius, d yra plėvelės storis, M S yra prisotinimo magnetizacija, α G yra Gilberto slopinimas ir γ g yra giromagnetinis santykis. (1) lygtyje mes remiamės dominuojančiu plokštumos komponentu tik todėl, kad normalus komponentas yra nereikšmingas dėl stipraus plonos plėvelės geometrijos demagnetizavimo.

Dėmesys kd << 1 ribai, kurioje P k yra mažas, iš (1), (2), (3) lygčių nustato, kad A SW, v g ir Λ tuo pačiu metu yra maksimalūs, kai H 1 ≈ 0 (lygiaverčiai) F φφ ≈ 0) ir φ ≈ ± π / 2 (ty paviršiaus režimo konfigūracija). Todėl du pagrindiniai reikalavimai patobulintoms sukimosi bangos savybėms yra neišvengiamai mažas efektyvus lauko ir paviršiaus režimas plokštumoje . Jei kd << 1, F susideda iš Zeemano ir anizotropinių energijų. Zeemano energijos indėlis į F φφ yra tiesiog išorinis laukas plokštumoje H (> 0), kuris turėtų būti taikomas paviršiaus režimui užtikrinti. Taigi pagrindinis klausimas yra, kaip iš anizotropinės energijos gauti neigiamą efektyvųjį plotą plokštumoje, kad sumažėtų F φφ paviršiaus režime.

Toliau parodysime, kad sukimosi bangos sklidimas ten, kur bangos vektorius k yra kubinių anizotropinių medžiagų kietosios ašies kryptimi, natūraliai gali patenkinti šiuos du reikalavimus. Mes nagrinėjame du atvejus: lengvą, lengvą (1a paveikslas) ir sunkų (1b paveikslą), kai pirmasis (antrasis) žodis atitinka m kryptį, o antrasis žodis atitinka bangos vektoriaus k kryptį. Viršutinis bangolaidžio vaizdas kiekvienu atveju parodytas 1a ir b paveiksluose, kur apibrėžtos kristalografinės orientacijos epitaksiniam Fe sluoksniui su kubine kristaline anizotropija. 22 Lengvojo prietaiso ilgio bangolaidžio ašis (ty bangos vektoriaus k kryptis) yra išilgai lengvosios ašies (Fe [100] kryptis; 1a pav.), Tuo tarpu kietojo prietaiso ašis yra išilgai kieta ašis (Fe

Image
kryptis; 1b pav. Mūsų pagrindinis akcentas yra sunkus ir sunkus atvejis, o lengvas ir lengvas atvejis atitinka įprastą sukimosi bangos sklidimą ir bus naudojamas kaip nuoroda. Abiem atvejais išorinis laukas H yra taikomas y kryptyje, o bangų vektorius ( k ) yra x kryptyje. Kubinis anizotropijos energijos tankis E an yra pateiktas kaip

Image

Vienmačiai teoriniai nugaros bangos savybių skaičiavimai kubinėje anizotropinėje medžiagoje. Viršutinis vaizdas iš a ) nesudėtingo atvejo ir b ) sunkiai kietojo atvejo plokštuminės sistemos, kur aprašytos kristalografinės orientacijos epitaksiniam Fe sluoksniui su kubine kristaline anizotropija. Lengvojo prietaiso ilgio bangolaidžio ašis (ty bangos vektoriaus k kryptis) yra išilgai lengvosios ašies (Fe [100] ( a ) krypties, tuo tarpu kai kietojo kietojo prietaiso ašis yra išilgai kietosios ašies. (Fe [

Image
] kryptis ( b ). Apskaičiuoti rezultatai buvo pagrįsti sukimosi bangų teorijomis (1 - 3 lygtys). c ) Efektyvusis laukas plokštumoje H 1, palyginti su išoriniu lauku H. d ) Sukimosi bangos dažnis f palyginti su H. e ) Sukimosi bangos amplitudė A SW, palyginti su H. f ) grupės greitis v g ir silpnėjimo ilgis Λ, palyginti su H. Parametrai: M S = 1600 kA m −1, μ 0 H A = 66 mT, k = 5 × 10 5 m −1, γ g = 1, 76 × 10 11 T − 1 s −1, α = 0, 0026 ir d = 25 nm.

Visas dydis

Image

kur K c yra kubinė anizotropija, o α (= φ - φ K ), β (= π / 2− φ + φ K ) ir γ (= θ = π / 2) yra įmagnetinimo krypties kosinusai, palyginti su lengvos kubinės anizotropijos ašys. Čia φ K yra kampas tarp lengvosios ašies ir x ašies ir yra 0 ( π / 4), jei reikia lengvai-lengvai ( sunku-sunku ). Kita vertus, Zeemano energija yra - μ 0 M S H sin θ sin φ . Remiantis šiais energetiniais terminais, H 1 sunkiai ir lengvai suprantamais atvejais yra lengvai apskaičiuojamas kaip

Image
Image

kur H A (= 2 K c / μ 0 M S ) yra kubinis anizotropijos laukas, φ eq = π / 2 h ≥1, h = H / H A ir

Image

0≤ h <1.

Kai h ≥1,

Image
tampa
Image
. Dėl šios priežasties kubinė anizotropija neigiamai paveikia lauką, todėl sunku
Image
tampa mažas, kai H ≈ H A ir φ eq = π / 2, nes M S P k yra mažas. 1c pav. Parodyta, kad taip yra iš tikrųjų. Sunkiai kietiems atvejams dažnis f (= ω / 2 π ) H ≈ H A (1d pav.) Sumažinamas iki minimumo, o visi A SW, v g ir Λ H ≈ H A, palyginti su lengvas-lengvas dėklas (1e ir f paveikslai). Atkreipiame dėmesį, kad nugaros bangų savybių patobulinimai, aptarti šiame skyriuje, yra žinomos dispersijos pasekmės 17, tačiau nugaros bangos bangolaidžių, pagamintų iš kubinių anizotropinių medžiagų, tiesioginių eksperimentinių įrodymų nėra.

Rezultatai ir DISKUSIJA

Norėdami patvirtinti teorinę prognozę, mes išmatuojame sukimosi bangų sukeltą įtampą laiko srityje mikropluoštiniams įrenginiams, turintiems dvi antenas (ty, sukimosi bangos sužadinimo ir aptikimo antenas (2a pav.); Žr. Metodus), remiantis sklindančia nugaros bangos spektroskopija. . 23, 24 Bangolaidžio sluoksnio struktūra yra Cr (40) / Fe (25) / Mg (0, 45) / Mg-Al (1, 2) / oksidacija (storis nanometrais; žr. Metodus), kur epitaksinis Fe sluoksnis turi kubinį kristalą. anizotropija. Fe plėvelės 22 μ 0 H A yra (66 ± 2) mT, nustatoma vibruojančio mėginio magnetometru (2 papildoma pastaba). Mes gaminame sukinio bangos įtaisus su skirtingais antenos atstumais, kad išmatuotume grupės greitį ir silpnėjimo ilgį.

Image

Didelės amplitudės sklindančios nugaros bangos epitaksiniame Fe bangolaidyje. a ) Spin-bangos spektroskopijos sklidimo laiko srityje schema. Sukimosi bangos paketai, esantys 5 μm ( b ), 15 μm ( c ) ir 40 μm ( d ) atstumu. Išorinis magnetinis laukas yra 70 mT. Laiku t = 0 impulsinė įtampa yra sudedama sukimosi bangoms. ( B - d punktuose) aiškumo sumetimais kreivės sąmoningai kompensuojamos.

Visas dydis

2b – d paveiksluose pateikiami tipiški laiko srities rezultatai esant H ≈ H A esant įvairiems antenos atstumams. Tai aiškiai parodo, kad sukimosi bangos amplitudė yra daug didesnė kietojo ir kietojo korpuso atveju. A SW, v g ir Λ priklausomybės nuo magnetinio lauko H yra apibendrintos 3 paveiksle. Visi eksperimento rezultatai rodo sustiprintas sukimosi bangos savybes H ≈ H A, kaip prognozuojama teorijoje. Esant H ≈ H A ir antenos atstumui 5 μm, sukimosi bangų paketo indukuota įtampa kietuoju atveju yra 3, 30 mV (3a pav.), Tuo tarpu lengvo ir lengvo atvejo atveju ji yra ∼ 0, 12 mV (3c paveikslas). ). Todėl sukimosi bangos amplitudė A SW sunkiai kietam korpusui yra padidinta 28 koeficientu, palyginti su lengvu ir lengvu dėklu. Analizuodami antenos atstumo priklausomybę nuo amplitudžių ir sukinio bangos paketų atvykimo laikų, 24 išvedame nugaros bangos silpnėjimo ilgį Λ ir nugaros bangos grupės greitį v g . Pagerinimo sąlygomis ( μ 0 H = 66 mT) Λ sunkiai kietam atvejui yra (17, 8 ± 0, 5) μm, o Λ lengvam ir lengvam atvejui išlieka 10, 0 ± 4, 5 μm (3f paveikslas). Be to, esant patobulinimo sąlygai, vg kietojo kieto korpuso atveju yra (23, 4 ± 0, 7) km s – 1, o v g lengvo ir lengvo atvejo atveju yra (8, 9 ± 0, 3) km s – 1 (3g paveikslas). Atkreipiame dėmesį, kad šiame darbe išreikšti neapibrėžtumai yra 1 sd nuo montavimo parametrų.

Image

Epitaksinio Fe bangolaidžio sukinio bangos savybės. Magnetinio lauko priklausomybės nuo ( a ) sukinio bangos amplitudės ir ( b ) sukinio bangos paketų atvykimo laiko, kai naudojamas kietasis ir kietasis atvejai. c ) „Spin-wave“ amplitudė ir d ) „spin-wave“ paketo atvykimo laikas lengvai ir lengvai . e ) Sukimosi bangos dažniai, atimami pagal laiką išspręstų bangų formų FFT. f ) sumažintas silpnėjimo ilgis ir g ) grupės greitis kaip magnetinio lauko funkcija. Kur matoma, klaidų juostos žymi pavienius SD. Priešingu atveju neaiškumai yra mažesni už simbolius.

Visas dydis

Todėl visi šie rezultatai patvirtina, kad sukimosi bangos savybės iš esmės pagerėja esant sustiprinimo sąlygai, kas kokybiškai atitinka teorines prognozes. Tačiau sunkiais atvejais mes pastebime, kad yra įdomių kiekybinių skirtumų tarp eksperimentinių ir teorinių rezultatų. Pavyzdžiui, vienmatė teorija (1 paveikslas) numato, kad A SW santykis esant H = H A ir A SW, kai H = 0, yra ≈3, 5, atsižvelgiant į sukinio bangos silpnėjimą 5 μm atstumu. Šis numatomas santykis yra daug mažesnis nei eksperimentinis (

Image
0, 36 mV ir
Image
3, 30 mV; žr. 3a paveikslą).

Norėdami suprasti šį neatitikimą, mes atliekame dviejų matmenų mikromagnetinius modeliavimus, taikydami kietą ir sunkų korpusą (4 paveikslas). Kai m yra išlygintas išilgai vienos iš lengvųjų ašių (ty H = 0 ir φ = π / 4; 4a paveikslas), sukimosi banga su - k (+ k ) yra lokalizuota viršutiniame kairiajame (apatiniame dešiniajame) krašte. . Tiksli priešinga tendencija gaunama, kai m yra išlygintas išilgai kitos lengvos ašies (ty H = 0 ir φ = 3 π / 4; 4d paveikslas). Be to, šio šoninio lokalizacijos sukinio bangos krašto režimo nėra, kai H = H A (4b paveikslas). Šis krašto režimas kyla iš anizotropinės dispersijos santykio, pavaizduoto 4c paveiksle. Tai parodo kietojo ir kietojo paviršiaus sukimosi bangos dispersijos santykį, kai H = 0. Pabrėžtas dispersijos santykis sužadinimo dažnyje (10, 5 GHz). Nustatyta, kad bangos frontai sklinda k kryptimi, pirmiausia nustatomi pagal antenos geometriją, o grupės greitis, v g = d ω / d k , yra statmenas kontūrui, įstrižai. Šis anisotropinis sklidimas lemia nugaros bangų kraštų lokalizaciją, o tai savo ruožtu lemia papildomą A SW skirtumą tarp H = H A ir H = 0, nes mūsų eksperimentinė sąranka nustato indukuotą įtampą, integruotą per visą bangolaidžio plotį.

Image

Dviejų matmenų mikromagnetiniai modeliai, skirti šonuose lokalizuotiems briaunų režimams. Sklindančių nugaros bangų momentiniai vaizdai ( a ) H = 0 ( φ = π / 4, f = 11, 2 GHz), ( b ) H = H A ( φ = π / 2, f = 9, 6 GHz) ir ( d ), H = 0 ( φ = 3 π / 4, f = 11, 2 GHz). Įmagnetinimo kryptis m pavaizduota juoda rodykle. c ) Sukimosi bangos dispersijos santykio kontūro diagrama, kai H = 0 ( φ = π / 4). Išryškinamas kontūras esant sužadinimo dažniui 10, 5 GHz. e ) nugaros bangos amplitudės profilis išilgai viršutinės kraštinės linijos ir apatinės briaunos linijos, pavaizduotos d punkte, parodantis šoninę asimetriją. f ) indukuota įtampa, kurią sukuria šoniniai asimetriniai sukimosi bangos (laikoma, kad aptikimo antena yra 40 μm atstumu nuo sužadinimo antenos). Amplitudės santykis tarp dviejų atvejų yra ∼ 40.

Visas dydis

Šis lokalizuotas krašto režimas ties nuliu lauko leidžia mums žymiai pagerinti sukimosi bangos asimetriją, naudojant kubines anizotropines medžiagas. Tai galima palyginti su įprastiniu besisukančių bangų abipusiškumu, kalbant apie „asimetrinį sukimosi bangos plitimą“. Įprastinis sukinio bangos neabipusiškumas reiškia asimetrinę nugaros bangos amplitudę, priklausomai nuo sukimosi bangos sklidimo krypties, kai nugaros bangas sužadina magnetinis laukas, kurį sukuria mikrobangų antenos. 25, 26, 27, 28 Ši amplitudės asimetrija atsiranda dėl neatsiejamo antenos ir sukinio bangos sujungimo, kurį sukelia erdvinis nevienalytis antenos lauko pasiskirstymas. Asimetrijos koeficientas (

Image
) įprastinio sukinio bangos neabipusiškumas yra ∼ 2. 27, 28. Priešingai, šoninė sukinio bangos asimetrija kubinėse anizotropinėse medžiagose gali būti labai didelė, kai aptikimo antena yra tinkamai suprojektuota. 4e paveiksle parodyta, kad sukimosi bangos profilis, atsižvelgiant į sužadinimo antenos vietą, yra labai simetriškas viršutiniame ir apatiniame kraštuose. Todėl, įdedant aptikimo anteną į vieną iš kraštų (žr. 4d paveikslą), galima gauti labai didelį sukimosi bangos amplitudės skirtumą tarp atvejų, kai φ = π / 4 ir φ = 3 π / 4 ( asimetrijos koeficientas ≈40 (4f pav.).

Norėdami patvirtinti šoninę sukinio bangos asimetriją, eksperimentuojame matuojant magnio tankio erdvinį pasiskirstymą, naudojant mikrofokusuotą Brillouin šviesos sklaidos (BLS) spektroskopiją 29 (žr. Metodus), skirtą kietuoju prietaisu. Į sužadinimo anteną įpurškiame 10, 4 GHz radijo dažnio srovę ir išmatuojame BLS spektrą ties H = 0 kaip atstumo x nuo signalo linijos funkciją (5a paveikslas). BLS spektrai krašte (ty apatiniame krašte, y = 115 μm) rodo aiškią priklausomybę nuo x (5b paveikslas). BLS intensyvumas rodo labai asimetrinį pasiskirstymą signalo linijos atžvilgiu (5c – f pav.), Suderintus su modeliuotais rezultatais. Pažymime (BLS intensyvumas x <0) / (BLS intensyvumas x <0) >> 1 5c paveiksle, atitinkančią milžinišką šoninę nugaros bangos asimetriją. Asimetrijos pokytis priklausomai nuo pusiausvyros įmagnetinimo krypties taip pat atitinka modeliuojamus rezultatus. Taigi šie rezultatai patvirtina šoninio lokalizacijos krašto režimo susidarymą kubinėse anizotropinėse medžiagose, kuris suderinamas keičiant pusiausvyros įmagnetinimo kryptį.

Image

BLS aptinka krašto sukimosi bangos režimą. Erdvinis magnono tankio pasiskirstymas nuolatinėje būsenoje ( H = 0). a ) BLS spektrai gaunami kraštuose y = 5 ir 115 μm. b ) būdingi BLS spektrai apatiniame krašte ( y = 115 μm), matuojami naudojant dažnio langą 9 < f <12 GHz, turintys aštrų smailę, kurios centre yra 10, 4 GHz sužadinimo dažnis. Asimetrinis magnono tankio pasiskirstymas ties ( c ), viršutiniu kraštu ( y = 5 μm) su φ = π / 4, d ) apatiniu kraštu ( y = 115 μm), kai φ = π / 4, e ) viršutiniu kraštu ( y = 5 μm) su φ = 3 π / 4 ir f ) apatinis kraštas ( y = 115 μm), kai φ = 3 π / 4. Intarpai rodo atitinkamus mikromagnetinio modeliavimo rezultatus.

Visas dydis

Verta palyginti šoninio lokalizacijos kubinių anizotropijų pagrindu sukurtų sukinio bangų įtaisus su tradicinių trijų galų lauko efekto tranzistorių (FET) vartų įtampos valdomu laidžiu kanalu. Panašumas yra tas, kad sukinio bangos įtaisuose kraštinis kanalas valdomas pusiausvyros įmagnetinimo kryptimi (kurią gali nustatyti išorinis laukas), tuo tarpu FET laidus kanalas yra valdomas vartų įtampa. Todėl kubinių anizotropijų pagrindu sukurtų nugaros bangų įtaisų pusiausvyros įmagnetinimo kryptis elgiasi panašiai kaip FET vartų įtampa. Šis panašumas leidžia imituoti trijų galinių FET, turinčių trijų galinių kubinių anizotropijų pagrindu sukurtus sukinio bangos įtaisus, funkcijas kontroliuojant pusiausvyros įmagnetinimo kryptį ir išmatuojant indukuotą įtampą antena, esančia ant krašto (žr. 4d paveikslą). Dėl didelės asimetrijos kraštiniuose režimuose sukimosi bangų įjungimo / išjungimo santykis (ty, įjungimo (išjungimo) pin smaigo bangos sukelta įtampa, matuojama kraštinėje antenoje, kai φ = π / 4 ( φ = 3 π / 4) gali būti labai didelis.

Taip pat yra svarbus skirtumas. Tradiciniai FET yra nepastovūs, nes laidus kanalas yra uždarytas, kai išjungiama vartų įtampa. Priešingai, kubiniai anizotropijos pagrįsta sukimosi bangų įtaisai yra nestabilūs, nes sukinio bangos krašto kanalą palaiko lengvos ašies anizotropija, net pašalinus išorinį lauką. Šiuo atžvilgiu kubiniai anizotropijos pagrindu sukurti sukinio bangos įtaisai gali tarnauti kaip trijų galų nepastovūs loginiai vartai. 3 papildomoje pastaboje siūlome pagrindinius sukinio bangos loginius vartus, atliekančius logines (NOT, PASS, AND, NAND, OR, NOR, XOR ir XNOR) logines funkcijas. Tačiau atkreipiame dėmesį, kad siūlomuose vartuose yra įėjimai (sukimosi bangos su magnetiniu lauku) ir išėjimai (tik sukimosi bangos), kurie skiriasi tuo, kad jiems reikalingi papildomi sukimosi bangos ir srovės keitikliai, kurie neabejotinai kenkia praktiniam naudojimui. . Šią papildomą dalį pašalinti ar bent supaprastinti galima sujungti sukimosi bangos logiką su sukimosi perdavimo momentu 30 arba elektrinio lauko įmagnetinimo perjungimo technika 31 .

Išvada

Mes įrodėme, kad kubinės anizotropinės medžiagos yra perspektyvus kandidatas į koherentinius magnoninius prietaisus dėl iš esmės pagerintų verpimo bangos savybių ir šoninių lokalizacijos briaunų režimų. Patobulintos sukimosi bangos savybės žymiai pagerins magnetinių prietaisų signalo ir triukšmo santykį. Iki šiol įprastas sukinio bangos abipusiškumas buvo naudojamas generuoti π fazės pasislinkusią bangą 27 ir skirtingas nugaros bangos amplitudes, 26, 27, 28, užtikrinančias daugybę magnoninių funkcijų. Čia pranešta apie šoninę asimetriją pridės naują funkciją: trijų galų nestabilią sukinio bangos loginę funkciją.

Metodai

Mėginio paruošimas

Prietaisai dedami naudojant magnetroninį purškimą, kurio bazinis slėgis yra <7 × 10 –7 Pa, ant MgO (001) monokristalų. Aukštos kokybės epitaksinis Fe (001) sluoksnis pagamintas iš daugiasluoksnio kamino Cr (40) / Fe (25) / Mg (0, 45) / Mg 19 Al 81 (1, 2) / oksidacijos (storis nanometrais). 22 (002) plokštumos supimosi kreivės maksimalus plotis iki pusės pločio pasiekiamas esant 0, 204 °, o paviršiaus šiurkštumas yra R a .11 0, 11 nm. Epitaksinių Fe plėvelių prisotinimo įmagnetinimas M S = (1, 6 ± 0, 1) × 10 6 A m –1 yra nustatomas vibruojančiu mėginio magnetometru.

Spin-bangų spektroskopija, skleidžianti laiką

Sukimo bangos sužadinamos ir aptinkamos poromis asimetrinių koplanarinių juostų perdavimo linijų. Asimetrinės koplanarinės juostelės yra suprojektuotos taip, kad turėtų 50 Ω charakteristinę varžą, ir yra modeliuojamos elektronų pluošto litografija, po kurios eina Ti (5 nm) / Au (200 nm). Į sužadinimo asimetrinę koplanarinę juostelę įšvirkštas įtampos impulsas sukuria sužadinimo magnetinį lauką, kuris savo ruožtu sužadina sukimosi bangos paketą. Plintanti nugaros banga sukelia įtampą aptikimo asimetrinėje koplanarinėje juostelėje, sujungtoje su 20 GHz mėginių ėmimo osciloskopu.

Mikromagnetinis modeliavimas

Mikromagnetiniai modeliavimai atliekami skaitmeniškai išsprendus Landau – Lifshitz – Gilbert lygtį, pateiktą kaip / m / ∂t = - γ g μ 0 m × H eff + α G m × ∂ m / /t, kur m yra vektoriaus vienetas išilgai įmagnetinant, H eff yra efektyvusis magnetinis laukas, apimantis mainų, magnetostatinius ir išorinius laukus, o α G yra Gilberto slopinimas. Naudojami šie parametrai: Fe plėvelės matmenys = 120 μm × 120 μm × 25 nm; ląstelės vieneto matmuo = 500 nm × 500 nm × 25 nm; α G = 0, 002; mainų standumo konstanta A ex = 1, 3 × 10 –11 J m –1 ; kubinė anizotropija K c = 5, 48 × 10 4 J m –13 ; o prisotinimo įmagnetinimas M S = 1, 66 × 10 6 A m −1 .

BLS mikroskopija

Sukimosi bangos intensyvumas nustatomas atliekant BLS mikroskopiją, kuri pagrįsta neelastingu fotonų ir magnonų išsklaidymu. Nuolatinis vienmodis 532 nm kietojo kūno lazeris sukoncentruojamas į ėminį, naudojant didelio skaitmeninio apertūros mikroskopo objektyvą. Erdvinė skiriamoji geba yra 250 nm. Nelabai išsklaidytos šviesos dažnio poslinkis analizuojamas naudojant tandemą (šešių praėjimų) Fabry – Perot interferometrą. Mėginio padėtis stebima naudojant su įkrovimu sujungtą prietaiso kamerą ir aktyvų stabilizavimo algoritmą, kuris leidžia kontroliuoti mėginio vietą lazerio fokusavimo tikslumu, geresniu nei 20 nm.

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

    Papildoma informacija pridedama prie dokumento „NPG Asia Materials“ svetainėje (//www.nature.com/am)