Магнонные кристаллы - какие бывают?

Для того, чтобы сравнивать магнонные кристаллы между собой, для выявления их преимуществ и недостатков необходимо как-то их различать и отписывать. В этой заметке предложено несколько критериев, которые позволят успешно классифицировать все магнонные кристаллы, разработанные к настоящему времени.

1) Пространственная размерность

Основой всех магнонных кристаллов является периодическая магнитная структура ("сверхрешетка"), состоящая из двух или более подрешеток, которые отличаются параметрами магнитного упорядочения (намагниченность насыщения, восприимчивость и т.д.). В качестве параметра магнонных кристаллов может быть использовано пространственная размерность магнитной сверхрешетки, т.е. количество направлений, вдоль которых происходит изменение магнитных параметров. На рисунке ниже показаны примеры одно-, двух- и трёхмерных магнонных кристаллов.

Рисунок 1. Схематическое изображение одно-, двух- и трёхмерных магнонных кристаллов.

 

2) Компонентный состав

  Этот критерий отражает количество различных материалов, составляющих магнитную сверхструктуру:

1. Монокомпонентные кристаллы - образованные одним магнитным материалом. В таких кристаллах пространственной модуляции магнитных свойств добиваются путём вариации внутренних параметров (например, геометрических параметров, толщины) или внешних (магнитное поле, сжатие или растяжение).
2. Поликомпонентные кристаллы - образованные двумя или более материалами с различными магнитными свойствами (тип магнитного упорядочения, ориентация вектора намагниченности, намагниченность насыщения, магнитная анизотропия).   

3) Механизм образования запретных зон в спектре спиновых возбуждений

Ключевым свойством магнонных кристаллов является наличие в спектре спиновых возбуждений (магнонов) запрещённых зон - областей значений энергий, которые не могут быть у магнонов в данном кристалле. К настоящему времени предложено два различных механизма создания таких запрещённых зон:

1. Диполь-дипольное взаимодействие наноразмерных элементов. В этом случае энергетический спектр спиновых взаимодействий является результатом наложения собственных мод осцилляций отдельных элементов.
2. Брегговское отражение спиновых волн на пространственно модулированной магнитной сверхструктуре.