Теорія спінових хвиль у легкоплощинній феромагнетній нанотрубці зі спін-поляризованим струмом

В. В. Куліш

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано: 28.10.2023; остаточний варіант - 13.11.2023. Завантажити: PDF

У статті теоретично досліджено дипольно-обмінні спінові хвилі в нанотрубці з легкоплощинного феромагнетика за наявности спін-поляризованого струму. Враховано магнетну диполь-дипольну взаємодію, обмінну взаємодію, магнетну анізотропію, ефекти дисипації та вплив спін-поляризованого струму. Для зазначених спінових хвиль одержано та (для поздовжньо-радіяльних хвиль) розв’язано рівняння для магнетного потенціялу. Як результат, знайдено закон дисперсії таких хвиль. Цей закон дисперсії доповнено співвідношенням між компонентами хвильового вектора; показано, що це співвідношення майже всюди вироджується в квазиодновимірний спектер значень ортогональної компоненти хвильового вектора. Показано, що в більшості випадків впливи дисипації спінової хвилі та спін-поляризованого струму на дійсну частину її частоти є нехтовно малими. Показано, що гілки (які відповідають різним ортогональним модам) як дійсної, так і уявної частин закону дисперсії близькі до параболічних; віддаль між гілками збільшується зі збільшенням номера моди. Присутність спін-поляризованого струму може посилювати або послаблювати згасання спінової хвилі, створюючи «ефективну дисипацію» і в деяких випадках приводячи до ґенерації спінової хвилі. Знайдено умови такої ґенерації, а також обмеження на кількість поперечних мод, для яких ґенерація можлива. Показано, що для типових значень параметрів наносистеми за такої ґенерації можуть бути збуджені лише перші кілька мод (у більшості випадків лише нульова мода або жодної). Запропонований у статті метод може бути застосований до нанотрубок (та інших наносистем) більш складних конфіґурацій.

Ключові слова: спінова хвиля, наномагнетизм, дипольно-обмінна хвиля, феромагнетна нанотрубка, легкоплощинний феромагнетик, спін-поляризований струм.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i02/0081.html

PACS: 75.30.Ds, 75.30.Gw, 75.40.Gb, 75.75.Jn, 75.76.+j, 75.78.-n, 85.75.-d


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. B. Flebus, S. M. Rezende, D. Grundler, and A. Barman, J. Appl. Phys., 133: 160401 (2023). Crossref
  2. Y. Li, W. Zhang, V. Tyberkevych, W. K. Kwok, A. Hoffmann, and V. Novosad, J. Appl. Phys., 128: 130902 (2020).
  3. A. V. Chumak, P. Kabos, M. Wu, C. Abert, C. Adelmann, A. O. Adeyeye et al., IEEE Trans. Magn., 58: 0800172 (2022).
  4. Y. Ye and B. Geng, Crit. Rev. Solid State, 37: 75 (2012). Crossref
  5. R. Sharif, S. Shamaila, M. Ma, L. D. Yao, R. C. Yu, X. F. Han, and M. Khaleequr-Rahman, Appl. Phys. Lett., 92: 032505 (2008). Crossref
  6. T. K. Das and M. G. Cottam, J. Appl. Phys., 109, No. 7: 07D323 (2011). Crossref
  7. C. Wu, Spin Wave Resonance and Relaxation in Micro-wave Magnetic Multilayer Structures and Devices (Thesis of Disser. for the Degree of Ph.D.) (New York: 2008).
  8. L. Berger, Phys. Rev. B, 54: 9353 (1996). Crossref
  9. A. Slavin and V. Tiberkevich, IEEE Trans. Magn., 44: 1916 (2008). Crossref
  10. J. C. Slonczewski, J. Magn. Magn. Mater., 159: L1 (1996). Crossref
  11. V. V. Kulish, J. Nano- Electron. Phys., 15, No. 5: 05021 (2023). Crossref
  12. V. V. Kulish, Ukr. J. Phys. 61, No. 1: 59 (2016). Crossref
  13. Yu. I. Gorobets and V. V. Kulish, Open Phys., 13: 263 (2015). Crossref
  14. A. I. Akhiezer, V. G. Baryakhtar, and S. V. Peletminskiy, Spin Waves (Amsterdam: North-Holland: 1968).
  15. V. V. Kulish, Research Bulletin of NTUU KPI, 4: 73 (2017) (in Ukrainian).
  16. Yu. I. Gorobets and V. V. Kulish, Low Temp. Phys., 41: 517 (2015). Crossref
  17. H. Y. Liu, Z. K. Wang, H. S. Lim, S. C. Ng, M. H. Kuok, D. J. Lockwood, M. G. Cottam, K. Nielsch, and U. Gösele, J. Appl. Phys., 98: 046103 (2005).
  18. C. Mathieu, J. Jorzick, A. Frank, S. O. Demokritov, A. N. Slavin, and B. Hillebrands, Phys. Rev. Lett., 81: 3968 (1998). Crossref
  19. S. J. Gamble, M. H. Burkhardt, A. Kashuba, R. Allenspach, S. S. P. Parkin, H. C. Siegmann, and J. Stöhr, Phys. Rev. Lett., 102: 217201 (2009). Crossref
  20. Y. Tserkovnyak, A. Brataas, and G. E. W. Bauer, Phys. Rev. Lett., 88: 117601 (2002). Crossref