1 аспирант кафедры нелинейной физики Шешукова С.E. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ САМОВОЗДЕЙСТВИЯ В СЛОИСТЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СТРУКТУРАХ И МАГНОННЫХ КРИСТАЛЛАХ Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского

2 В связанных структурах исследование - порогов возникновения автомодуляции, - частоты автомодуляции, - порогов перехода к хаосу - в зависимости от расстояния между пленками - в зависимости от способа возбуждения структуры Исследование механизмов формирования щелевых солитонов в магнонных кристаллах - численное моделирование - эксперимент Основные задачи

3 Магнитостатические волны в ферромагнитной пленке Ферромагнитная структура и типы волн, распространяющиеся в ней Дисперсионные зависимости МСВ

4 Основные нелинейные механизмы в плёнках ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ СПИНОВЫХ ВОЛН (СВ) НЕЛИНЕЙНОСТЬ СРЕДЫ (движение вектора намагниченности нелинейно) модуляционная неустойчивость МСВ нелинейное затухание МСВ эффекты самовоздействия (самомодуляция, самофокусировка, волны стационарного профиля - солитоны) стохастическая модуляция МСВ

5 Нелинейное уравнение Шредингера где Для существования модуляционной неустойчивости необходимо выполнение критерия Лайтхилла - коэффициент дисперсии, - коэффициент нелинейности, - групповая скорость, - параметр потерь.

6 Модель связанной структуры Система из двух тонких ферромагнитных пленок толщиной D с намагниченностью насыщения, разделенных слоем диэлектрика толщины d. С внешней стороны ферромагнитные слои нагружены на диэлектрические среды.

7 НУШ для медленной и быстрой волн Условие модуляционной неустойчивости - коэффициент дисперсии, - коэффициент нелинейности, - групповая скорость, - параметр потерь. ПРОТИВОФАЗНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ СИНФАЗНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ быстрая волна медленная волна

8 Порог автомодуляции Временная реализация эволюции огибающей и фазовый портрет для d 1 Зависимость пороговой амплитуды перехода к автомодуляции от параметра связи – для медленной волны, – для быстрой волны (– результаты численных расчетов, – – аналитические зависимости*). Временная реализация эволюции огибающей и фазовый портрет для d 2 *А.А. Балякин, Н.М.Рыскин Смена характера МН вблизи критической частоты. Письма в ЖТФ, 2004, том 30, вып. 5.

9 Порог перехода к хаосу Фазовый портрет и спектр для d 1. Зависимость пороговой амплитуды, соответствующей переходу к хаосу, от параметра связи – для медленной волны, – для быстрой волны. Фазовый портрет и спектр для d 2.

10 Особенности нелинейных эффектов Зависимость характеристик МСВ от коэффициента связи может приводить к изменению характера модуляционной неустойчивости (к продольной неустойчивости поверхностной МСВ – устойчива в одиночной пленке, к продольной устойчивости объемной МСВ – неустойчивы в одиночной пленке). Используя электродинамическую связь между МСВ в многослойных ферромагнитных структурах можно эффективно управлять процессами самовоздействия: – порогами развития модуляционной неустойчивости, – порогами образования солитонов огибающей, – скоростью движения солитонов, – порогами перехода к хаосу, – частотами автомодуляции.

11 L – период; – толщина пленки; – глубина канавки; – ширина канавки. Дисперсионная диаграмма ПОМСВ МАГНОННЫЙ КРИСТАЛЛ

12 Нелинейная модель Приближение связанных волн : - медленно меняющиеся комплексные амплитуды огибающих прямой и встречной волн. где Система НУШ в приближении слабой нелинейности и без учета потерь : где – групповая скорость, – коэффициент дисперсии; – коэффициент связи; – коэффициент нелинейности (характеризует фазовую автомодуляцию), – коэффициент кросс-фазовой модуляции, – отстройка (, - центральная частота импульса, - фазовая скорость МСВ в однородной структуре) (*)(*)

13 Линии равного уровня амплитуд огибающей для и изменение мощности во времени при Область параметров (, ), соответствующая образованию солитонов Линии равного уровня амплитуд огибающей для и изменение мощности во времени при Пространственно - временная эволюция

14 Брэгговский солитон для точки 2 Линии равного уровня амплитуд огибающей для и изменение мощности во времени при. Пространственно - временная эволюция огибающих

15 Пространственно - временная эволюция огибающих. при. Область параметров (, ), соответствующая образованию солитонов Пространственно - временная эволюция огибающих. при. Пространственно - временная эволюция

16 для точки 2 Линии равного уровня амплитуд огибающей для и изменение мощности во времени при. Пространственно - временная эволюция огибающих Брэгговский солитон

Экспериментальное исследование 17 Амплитудно-частотная характеристика одномерного магнонного кристалла Исследуемый 1D магнонный кристалл

Щелевые солитоны 18 Амплитуда прошедшего сигнала при нескольких уровнях входной мощности: -5, 0, 2, 4, 5, 7 dBm Амплитуда и фаза прошедшего сигнала при входной мощности Pin=5 dBm

19 Выводы Построена модель в виде системы связанных нелинейных уравнений Шредингера, описывающей взаимодействие прямой и встречной волн в ферромагнитной пленке с периодическими неоднородностями. Показана возможность формирования в периодической структуре особого типа солитонов, в частности, солитонов с нулевой скоростью и солитонов, локализованных на ограниченной длине структуры. Рассчитаны области параметров для периодической ферромагнитной структуры, при которых возможно формирование таких солитонов при различных способах её возбуждения. Проведены предварительные экспериментальные исследования прохождения импульсов в 1D магнонном кристалле внутри запрещенной зоны. Наблюдается формирование последовательности солитоноподобных импульсов.