Nowa metoda przełączania kierunku propagacji fal spinowych

W ostatnich latach uczeni ze światowych ośrodków naukowych usilnie dążą do wynalezienia alternatywnego sposobu przekazywania informacji w technice. Dotychczas stosowane metody, wykorzystujące ruch elektronów, związane są ze stratami energii w postaci ciepła. Fale spinowe, czyli koherentne wzbudzenia magnetyzacji rozchodzące się w uporządkowanych magnetycznie ośrodkach, wydają się być obiecującą alternatywą do powyższej technologii gdyż w przeciwieństwie do elektronów, charakteryzują się unikalnymi własnościami istotnymi z punktu widzenia ich ewentualnego zastosowania oraz pozwalają na przekazywanie przez nie informacji bez strat ciepła. Badania fal spinowych warstwach granatów prowadzone przez dr hab. Ryszarda Gieniusza, prof. UwB z Zakładu Fizyki Magnetyków, Wydziału Fizyki UwB pozwoliły w ostatnim okresie na odkrycie kilku nowych efektów takich jak dyfrakcja oraz całkowite wewnętrzne obicie fal spinowych. Efekty te mają swe odpowiedniki w optyce. W sierpniu 2017 roku, w prestiżowym czasopiśmie Scientific Reports z grupy Nature, ukazała się kolejna praca prof. R. Gieniusza, w której opisano nową metodę przełączania fal spinowych w strukturyzowanych cienkich warstwach magnetycznych granatu itrowo-żelazowego. Wykorzystano w niej interesujące właściwości fal spinowych takie jak anizotropia zależności dyspersyjnej oraz niewzajemność propagacji, czyli zależność kierunku emisji fal spinowych wytwarzanych przez mikrofalową antenę od zwrotu zewnętrznego pola magnetycznego. Anizotropia zależności dyspersyjnej fal spinowych pozwoliła, po raz pierwszy na świecie, na uzyskanie silnie zogniskowanej wiązki fal z niewielkim kątem rozbieżności. Propagację fal spinowych badano w ZFM UwB w Białymstoku z wykorzystaniem unikatowego spektrometru rozpraszania światła (Brilouin Light Scattering BLS) z rozdzielczością czasową i przestrzenną. Warstwy granatów z linią kwadratowych otworów (zaznaczonych na rysunku przerywanymi liniami) wykonał dr A. Stognij z Centrum Badań Materiałowych w Mińsku na Białorusi. Model teoretyczny badanych efektów został opracowany przez zespół profesora Macieja Krawczyka z Wydziału Fizyki Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Rysunek. Mapy, zarejestrowane z wykorzystaniem spektrometru BLS, amplitudy wzbudzenia magnetyzacji (zakodowanej za pomocą skali barw umieszczonej z prawej strony map) ilustrujące efekt przełączanie propagacji fal spinowych z kierunku w górę na lewo do kierunku w dół na prawo w wyniku zmiany zwrotu zewnętrznego pola magnetycznego H oznaczonego strzałkami.

Omawiane wyniki pochodzą z pracy R. Gieniusz, P. Gruszecki, M. Krawczyk, U. Guzowska, A. Stognij, and A. Maziewski, The switching of strong spin wave beams in patterned garnet films, Scientific Reports 7: 8771 (2017).