Магнонний повторювач

Проблема компенсації втрат та корекції стохастичних відхилень амплітуди та фази спін-хвильових сигналів є однією з найбільш істотних на шляху розробки інтегрованих кіл повністю магнонної логіки, в яких інформація обробляється повністю в магнонному домені, що різко знижує паразитні енерговтрати. Спільно з колегами з Університету Відня, Технічного Університету Райнланд-Пфальца та Університету Хуажонг запропоновано та реалізовано магнонний повторювач на основі явища бістабільності та фолдоверу при збудженні спінових хвиль у перпендикулярно намагнічених хвилеводах залізо-іттрієвого гранату (ЗІГ). За рахунок малих розмірів хвилеводу (ширина 1 мкм) вдалось досягти гігантської області бістабільності шириною 1.1 ГГц при збудженні спінових хвиль мікросмужковою антеною, в якій існують два стабільні магнонні стани з високою і мізерною амплітудою. Вхідний сигнал (від іншої антени чи з попереднього елемента магнонного кола)  є тригером, який перемикає повторювач з низькоамплітудного у високоамплітудний стан за рахунок ефекту нелінійного зсуву частоти спінових хвиль. Таке перемикання має наслідком підсилення ретрансльованої спінової хвилі порівняно із вхідною, яке в наших експериментах сягає 6 разів. Крім того, амплітуда і фаза вихідного сигналу повністю визначені повторювачем і не залежать від параметрів вхідного сигналу, тобто вхідний сигнал не тільки підсилюється, а й очищується від фазових та амплітудних помилок. Наші результати  дозволяють спростити і підвищити надійність конструкції майбутніх інтегрованих магнонних кіл.

Q. Wang, R. Verba, K. Davídková, B. Heinz, S. Tian, Y. Rao, M. Guo, X. Guo, C. Dubs, P. Pirro, and A. V. Chumak, All-magnonic repeater based on bistability, [Nat. Commun. 15, 7577  (2024)].

 

Магнітні властивості сплавів Ni50Mn50-xSbx

Вивчено магнітні властивості та температурно-композиційну фазову діаграму сплавів Ni50Mn50-xSbx. Додавання Sb до антиферомагнітного сплаву Ni50Mn50-xSbx вводить феромагнітну взаємодію, що призводить до різкого зниження температури Нееля. На фазовій діаграмі стану визначено характерні області феромагнітної (ФМ) та антиферомагнітної (АФМ) взаємодій, а також розраховано композиційну залежність температури Нееля від складу. Збільшення вмісту Sb спричиняє конкуренцію між АФМ і ФМ взаємодіями, що призводить до появи стану спінового скла. Було виявлено шість різних магнітних фаз у системі Ni50Mn50-xSbx, а саме: АФМ, парамагнітну та ФМ мартенситну, спінове скло, парамагнітну та ФМ аустенітну фази. Важливо, що така поведінка може поширюватися і на інші сплави Ni50Mn50-xZx (Z = In, Sn), де додавання Z-елементів призводить до появи ФМ взаємодії. Крім того, продемонстровано значний вплив магнітного впорядкування на низькотемпературну питому теплоємність. Нехтування магнітним внеском у феромагнітній фазі призводить до переоцінки електронної питомої теплоємності в 2 рази.

A. Kosogor, R. Y. Umetsu, V. Golub, X. Xu, R. Kainuma, Magnetic properties, phase diagram and low-temperature specific heat of Ni50Mn50-xSbx alloys, [J. All. Comp. 988, 174130 (2024)].

 

Керування тримагнонними процесами у магнітних наноструктурах

Продемонстровано можливість ефективного керування інтенсивністю та правилами відбору тримагнонних процесів розсіяння за допомогою керованого порушення симетрії магнітного стану у магнітних наноточках у вихровому та насиченому основних станах. Для наноточок у насиченому стані систематизовано вплив збурень усіх можливих симетрій на тримагнонні процеси і встановлено відповідність симетрії мод, які беруть участь у тримагнонному процесі, до симетрії збурення, яке на цей процес впливає. Виявлено, що характерні величини ефективних полів збурень, достатніх для істотної зміни нелінійної динаміки, складають порядку 10 мТл для наноточок у насиченому стані і можуть бути зменшені на понад порядок для вихрових наноточок. Такі поля не складно створити різними методами, зокрема, було запропоновано та продемонстровано методами мікромагнітного моделювання метод створення наномасштабних полів різної симетрії з використанням бістабільності наноелемента синтетичного антиферомагнетика. Отримані результати є дороговказом для проектуванння спінтронних наноструктур з керованим нелінійним відгуком.

R. Verba, J. Kharlan, V. Borynskyi, D. Slobodianiuk, A. Etesamirad, I. Barsukov, Controlling multimagnon interaction in magnetic nanodots and spintronic nanostructures // In: I. Vladymyrskyi, B. Hillebrands, A. Serha, D. Makarov, O. Prokopenko (eds.) *Functional Magnetic and Spintronic Nanomaterials*. [NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics (Springer, Dordrecht, 2024), P. 89-132].

 

Низькотемпературні магнітні властивості Al-заміщених залізо-ітрієвих гранатів

Доступність кріогенної техніки для широкого кола наукових та промислових завдань стимулює розвиток нових матеріалів і функціональних елементів для низькотемпературних застосувань. Матеріали на основі залізо-ітрієвого гранату широко використовуються в техніці надвисоких частот, проте їхня поведінка за кріогенних температур ще недостатньо вивчена. Співробітниками Інституту магнетизму імені В. Г. Бар’яхтара НАН України, у співпраці з науковцями Королівського технологічного інституту (Швеція) та Інституту загальної та неорганічної хімії імені В. І. Вернадського НАН України вперше експериментально досліджено трансформацію магнітних параметрів (константа магнітної анізотропії, константа обмінної жорсткості, ширина доменної стінки) легованого алюмінієм залізо-ітрієвого гранату Y3AlFe4O12 в області температур, нижчих за кімнатну. Встановлено, що в широкому температурному діапазоні ефективне поле анізотропії є меншим, ніж у нелегованому Y3AlFe4O12, що дозволяє зменшити величину поля перемикання між різними магнітними станами та, відповідно, знизити енергоспоживання пристроїв на основі цих матеріалів. Отримані результати є важливими для оптимізації характеристик низькотемпературних мікрохвильових і спінтронних пристроїв.

V. Borynskyi, D. Popadiuk, A. Kravets, Y. Shlapa, S. Solopan, V. Korenivski, A. Belous, A. Tovstolytkin. Room- and low-temperature magnetic parameters of Y3AlFe4O12 garnets, [J. All. Comp. 1010, 178320 (2025)].