Дипольна взаємодія між мікро- та нанорозмірними феромагнітними хвилеводами, розташованими на невеликій відстані один від одного, дозволяє створювати спрямовані спін-хвильові відгалужувачі, які можуть виконувати функції подільників та суматорів потужності,  демультиплексорів, планарного схрещення хвилеводів, тощо. Залежність ефективного зв’язку від довжини спінової хвилі в поєднанні зі слабкою нелінійною зміною довжини хвилі дозволили раніше створити слабко нелінійні відгалужувачі, які показали значні перспективи у якості ключових блоків магнонних схем двійкових та недвійкових обчислень. Науковцями Інституту магнетизму спільно із закордонними колегами передбачено та перевірено фундаментально інший, універсальний механізм нелінійності спрямованих відгалужувачів, який виникає виключно внаслідок нелінійного зсуву частоти спінової хвилі. Сильний нелінійний зсув частоти змушує відгалужувач поводитися так, ніби він складається з неідентичних хвилеводів, пригнічуючи передачу енергії між хвилеводами. Перехід від режиму повної передачі енергії між хвилеводами до режиму різкого зниження ефективності цієї передачі аж до її блокування є пороговим, причому критична потужність визначається з рівності енергій зв’язку та нелінійного внеску в енергію магнонів. Універсальність цього механізму дозволяє створювати нелінійні елементи магнонних кіл, що працюють з коротшими і більш високочастотними обмінними спіновими хвилями, для яких раніше досліджені механізми не є дієвими. Більше того, встановлений універсальний механізм пригнічення зв’язку має проявлятись і в системах іншої природи, за умови наявності нелінійного зсуву дисперсії хвиль.



X. Ge, R. Verba, P. Pirro, A. V. Chumak, and Q. Wang, Deeply Nonlinear Magnonic Directional Coupler, [Nano Lett. 25, 13490 (2025)].

Проведено термодинамічний аналіз магнітних, калоричних та магнітокалоричних властивостей феромагнетиків, що зазнають структурних фазових перетворень поблизу точки Кюрі; в ході аналізу врахований вплив структурного перетворення на енергію магнітної підсистеми феромагнетика. Доведено, що загальновідоме магнітне співвідношення Максвела непридатне для кількісної оцінки магнітокалоричного ефекту у таких феромагнетиках, тому що воно призводить до значного завищення очікуваної величини магнітоіндукованої зміни температури феромагнетика (див. рис.). На заміну йому отримано модифіковане співвідношення та доведена його придатність для кількісної оцінки магнітоіндукованої зміни температури феромагнетика. Проведений теоретичний аналіз дозволить уникнути помилок при оцінці величини магнітоіндукованої зміни температури феромагнетиків. Це сприятиме ефективному  пошуку нових мультифероїків, перспективних для практичного застосування магнітокалоричного ефекту.

На рисунку показано індуковану магнітним полем зміну температури в залежності від початкової (виміряної до прикладення поля) температури феромагнетика.

Магнони мають значний потенціал для застосування в перспективних квантових технологіях та гібридних квантових системах завдяки своїй нелінійності, нанорозмірній масштабованості та унікальному набору експериментально доступних параметрів для маніпулювання їх дисперсією. Сумісність з квантовими технологіями вимагає тривалого часу життя магнонів при наднизьких температурах (десятки мілікельвінів). Завдяки рекордно низькій магнітній дисипації феримагнетик залізо-ітрієвий гранат (ЗІГ), вирощений на парамагнетику галій-гадолінієвому гранаті (ГГГ), вважається на сьогодні найбільш перспективним матеріалом для цієї мети. Спільно з колегами з Університету Відня вперше досліджено транспорт магнонів у зразку ЗІГ/ГГГ з товщиною ЗІГ 7.8 мкм при кріогенних температурах від 4 К до 26 мК. Встановлено істотну залежність швидкості дисипації від хвильового числа магнонів при кріогенних температурах, яка була пояснена дипольним зв'язком з частково намагніченою підкладкою парамагнетика ГГГ. При цьому швидкість дисипації зростає з хвильовим числом при малих і помірних хвильових числах, однак починає спадати при переході в область обмінних спінових хвиль. Більше того, вплив підкладки ГГГ є максимальним при температурі біля 1 К, а при нижчих температурах внесені втрати зменшуються внаслідок переходу ГГГ в антиферомагнітну фазу. Наші результати поглиблюють розуміння втрат магнонів при наднизьких температурах, і вказують шлях до зниження цих втрат, а саме використання обмінних магнонів і температур менших за 1 К.

D. Schmoll, A. A. Voronov, R. O. Serha, D. Slobodianiuk, K. O. Levchenko, C. Abert, S. Knauer, D. Suess, R. Verba, and A. V. Chumak, Wavenumber-dependent magnetic losses in yttrium iron garnet–gadolinium gallium garnet heterostructures at millikelvin temperatures, [Phys. Rev. B 111, 134428 (2025)].