VedecMichal Mruczkiewicz
Názov projektuSpinové vlny v exotických štruktúrach
Hostiteľská organizáciaElektrotechnický ústav SAV
Dĺžka projektu08.01.2016 - 31.12.2018

Abstrakt
Výskumný projekt je zameraný na teóriu kolektívnych excitácií pre rôzne magnetické architektúry a konfigurácie magnetických polí (spinové textúry). Dynamické vlastnosti magnetických vírov a skyrmiónov budú študované v diskoch, v netriviálnych geometriách a v ultratenkých filmoch. Uvažované budú možné mechanizmy excitácií (napr. prúdom alebo externým poľom) a vyhodnotené budú možnosti experimentálneho overenia numericky študovaných štruktúr. Dôležitá časť práce bude venovaná štúdiu kolektívnych módov skyrmiónov, čo je doteraz neprebádaná oblasť výskumu. Na základe získaných výsledkov budú potom navrhnuté logické súčiastky.

Zhrnutie projektu s priebežnými výsledkami

Tento projekt je zameraný na teoretické skúmanie dynamiky magnetizácie v nanorozmerných objektoch, ako sú napríklad tenkovrstvové kobaltové disky. Motiváciou je porozumieť mechanizmu budenia spinových vĺn v materiáloch s netriviálnymi magnetickými konfiguráciami, (napríklad: topologické solitóny: magnetické víry, skyrmióny, viď Obr. 1) a nájsť spôsob ako ich efektívne kontrolovať. Implementácia vyšetrovaných efektov do logických súčiastok je konečným cieľom projektu. Nasledujúce činnosti boli realizované počas prvého roka projektu

Implmentovaný bol model šírenia spinových vĺn v zložitých geometriách s Dzyaloshinskii-Moriya interakciou do frekvenčnej oblasti. To umožňuje vykonávať numerické anlýzy, charakterizovať vlasnosti spinových vĺn a navrhovať alternatívne metódy na určenie hodnoty Dzyaloshinskii-Moriya interakcie. Metóda využíva efekt feromagnetickej rezonancie a asymetriu rozptylu spinových vĺn v modifikovaných štruktúrach1

Bola uskutočnená teoretická štúdia netriviálnych magnetických konfigurácií, ktoré môžu vzniknúť v diskoch vyrobených z CoFeB zliatiny. Vyšetrovaná bola dynamika stavov, ako napríklad, magnetický vír, Bloch-ové a Néel-ové skyrmióny (viď Obr. 1 a, b a c pre vyobrazenie týchto statických konfigurácií). Tiež bolo ukázané, že je možné klasifikovať skyrmióny na nízkofrekvenčné solitónové translačné módy a budenia pomocou spinových vĺn na solitónovom pozadí (analogicky ku klasifikácii, ktorá je definovaná a bežne používaná pre módy magnetických vírov.2

Ďalej bolo skúmané kolektívne budenie dynamických skyrmiónov v poľi kobaltových nanodiskov. Tu bolo demonštrované budenie skyrmiónov pomocou vĺn, viď Obr. 2. Stanovený vzťah disperzie zviazaných skyrmiónov vykazuje periodickú závislosť na vlnovom vektore, čo je charakteristická vlastnosť pásovej štruktúry v magnonických kryštáloch. Pomocou analyzovania priestorového rozloženia amplitúdy magnetizácie v magnonických pásmach, bolo možné identifikovať vybudené módy ako dýchací (breathing) a gyrotropické dynamické skyrmióny.3

1Mruczkiewicz, M., & Krawczyk, M. (2016). Influence of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction on the FMR spectrum of magnonic crystals and confined structures. Physical Review B, 94(2), 024434.

2Mruczkiewicz, M., Krawczyk, M., & Guslienko, K. Y. (2016). Spin-Wave Spectrum in Magnetic Nanodot with Continuous Transition between Vortex, Bloch-type Skyrmion and Neel-type Skyrmion States. arXiv preprint arXiv:1610.02859.

3Mruczkiewicz, M., Gruszecki, P., Zelent, M., & Krawczyk, M. (2016). Collective dynamical skyrmion excitations in a magnonic crystal. Physical Review B, 93(17), 174429.