Start Magnonika - co to jest?
Magnonika

Magnonika w naszym zakładzie

Głównym przedmiotem badań w naszym Zakładzie są nano- i mikrostruktury magnetyczne, nurse a w szczególności struktury periodyczne - tak zwane kryształy magnoniczne, seek w których obserwuje się niezwykłe właściwości wzbudzeń magnetycznych- fal spinowych. Znaczna część naszych badań skupia się na następujących układach:

  • układy, w których występują dwa (lub więcej) materiały, ułożone w periodyczną sieć. Przykładem takich struktur są np. wielowarstwy;
  • struktury w których periodycznie modulowana jest struktura ośrodka, np. zmienia się  jego grubość, wydrążone są w nim dziury lub zmodyfikowany jest kształt jego powierzchni;
  • układy niekolinearne, w których zmianie przestrzennej ulega konfiguracja magnetyczna ośrodka. Przykładem takich struktur są sieci worteksów, skyrmionów czy domen magnetycznych.
Skyrmion
Phys. Rev. B, Vol. 93. 2016, pp. 174429

Technologia wykorzystująca falę spinową jako nośnik informacji  - tzw. magnonika jest w wielu obszarach konkurencyjna do innych gałęzi technologii: elektroniki, spintroniki, fotoniki i techniki mikrofalowej.   Zajmujemy się zagadnieniami, które są pionierskie i atrakcyjne z punktu widzenia rozwoju nowych technologii informatycznych dotyczących przesyłania i przetwarzania sygnałów. Proponujemy nowe możliwości generowania i kontroli fal spinowych. Analizujemy dynamikę fal spinowych. Badamy oddziaływania fal spinowych z falami elektromagnetycznymi i falami akustycznymi.

W eksperymentach numerycznych wykorzystujemy szereg metod badających dynamikę układów magnonicznych w dziedzinie czasu i w dziedzinie częstotliwości, m.in. metodę fal płaskich i metodę elementów skończonych. W symulacjach korzystamy z programów Comsol Multiphysics, MuMax, CST Studio oraz kodów numerycznych rozwijanych we własnym zakresie. W Zakładzie rozwijamy modele teoretyczne dynamiki fal spinowych bazujące na modelach ciągłych i sieciowych. Nasze badania prowadzone są w ścisłej współpracy z wiodącymi grupami eksperymentalnymi zajmującymi się spektroskopią fal spinowych.

 

Magnonika dla nie-fizyków

Masa, order ładunek elektryczny i spin są fundamentalnymi właściwościami materii. Ciężar wody do dziś wykorzystywany jest jako źródło energii w elektrowniach wodnych. Elektronika jest najlepiej poznaną dziedziną nauki i techniki wykorzystującą ładunek elektryczny do przesyłu energii i informacji. Natomiast w spintronice dąży się do podobnych efektów, kładąc nacisk na transport spinu, a nie na transport ładunku.

Poza przemieszczaniem się (transportem) masy, spinu lub ładunku, możliwe są także ich drgania. Interesującym ich przykładem są kolektywnie rozchodzące się zaburzenia kierunku spinów.  Zaburzenia te nazywane są falami spinowymi i są w centrum zainteresowania młodej dziedziny fizyki ? magnoniki ? którą zajmujemy się  w naszym zakładzie. Ze względu na swoje właściwości, fale te są nie tylko intrygującym zjawiskiem do badań naukowych, ale również obiecującym nośnikiem informacji mogącym znacząco zmniejszyć energochłonność oraz zwiększyć prędkość i wydajność stosowanych obecnie elektronicznych i fotonicznych układów do przesyłania i przetwarzania informacji. Jednakże, przed ich technologicznym wdrożeniem, konieczne jest wyjaśnienie i zrozumienie praw fizyki rządzącej dynamiką fal spinowych w nanoskali.

W ramach naszej pracy badawczej rozwiązujemy problemy związane z dynamiką fal spinowych w wielu aspektach, korzystając z narzędzi teoretycznych przy współpracy z wieloma innymi grupami i w ścisłym związku z eksperymentem. Zajmujemy się opracowywaniem nowych, efektywnych metod wzbudzania fal spinowych oraz kontroli nad ich propagacją. Rozważamy właściwości tych fal w złożonych strukturach magnetycznych: ośrodkach o różnej geometrii oraz konfiguracji magnetycznej, takich jak cienkie warstwy, nanodruty, nanodyski, skyrmiony i domeny magnetyczne. Szczególnie zainteresowani jesteśmy wpływem periodyczności struktur magnetycznych na spektrum fal spinowych. Działamy także na pograniczu z wieloma pokrewnymi dziedzinami fizyki nanomateriałów, takimi jak fononika i fotonika, tzn. badamy jak fale spinowe oddziałują z innymi typami drgań: falami akustycznymi i falami elektromagnetycznymi.