Мікрохвильові магнон–плазмон–поляритони в структурі феромагнітний метал–екранований діелектрик
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe65.10.939Ключові слова:
магнон, плазмон, поляритон, феромагнiтний метал, резонатор поверхневої електромагнiтної хвилi, мiкрохвильовий дiапазонАнотація
Теоретично проаналiзовано можливiсть iснування поверхневих магнон–плазмон–поляритонiв (ПМПП) – зв’язаних мiкрохвильових коливань намагнiченостi, електронної густини та електромагнiтного поля – в структурi реальний феромагнiтний метал–дiелектрик–iдеальний немагнiтний метал. Розроблена теорiя передбачає, що ефективне утворення ПМПП можливе лише за певних значень зовнiшнього сталого магнiтного поля i має супроводжуватися зсувом власної частоти резонансних плазмон–поляритонних систем. Теоретична оцiнка величини цього зсуву для ПМПП в структурi резонатор поверхневої електромагнiтної хвилi, виготовлений з пермалою,–вакуум–iдеальний метал сягає приблизно ±45 МГц для резонатора з власною частотою 10 ГГц, чого має бути достатньо для експериментального спостереження вказаного ефекту.
Посилання
A.M. Pogorilyi, S.M. Ryabchenko, O.I. Tovstolytkin. Spintronics. Main phenomena. Development trends. Ukr. Fiz. Zh. Oglyad. 6, 37 (2010) (in Ukrainian).
A. Sommerfeld. ¨ Uber die Fortpflanzung elektrodynamischer Wellen l¨angs eines Drahtes. Ann. Phys. Chem. 303, 233 (1899). https://doi.org/10.1002/andp.18993030202
J. Zenneck. ¨ Uber die Fortpflanzung ebener elektromagnetischer Wellen l¨angs einer ebenen Leiterfl¨ache und ihre Beziehung zur drahtlosen Telegraphie. Ann. Phys. 328, 846 (1907). https://doi.org/10.1002/andp.19073281003
Surface Polaritons: Electromagnetic Waves at Surfaces and Interfaces. Edited by V.M. Agranovich, D.L. Mills (North-Holland, 1982).
E.L. Albuquerque, M.G. Cottam. Polaritons in Periodic and Quasiperiodic Structures (Elsevier, 2004). https://doi.org/10.1016/B978-044451627-5/50003-1
G.A. Melkov, Y.V. Egorov, O.M. Ivanyuta, V.Y. Malyshev, H.K. Zeng, Kh. Wu, J.Y. Juang. HTS surface wave resonators. J. Supercond. 13, 95 (2000). https://doi.org/10.1023/A:1007734428003
G.A. Melkov, A.V. Prokopenko, V.N. Raksha. Rarefaction of the natural oscillation spectrum of a surface wave resonator. Radioelectr. Commun. Syst. 47, 20 (2004).
G.A. Melkov, O.M. Ivanyuta, O.V. Prokopenko, V.M. Raksha, A.M. Klushin, M. Siegel. Embedding of Josephson junctions in the surface wave resonator in the Kaband. In: Proceedings of the 4th International Khar'kov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Sub-Millimeter Waves" (MSMW'2001, 4-9 June 2001, Khar'kov, Ukraine) (2001), Vol. 1, p. 363.
G.A. Melkov, A.M. Klushin, O.D. Poustylnik, O.V. Prokopenko, V.M. Raksha. Irradiation of HTS Josephson junctions with the surface wave resonator. In: Proceedings of the 5th International Khar'kov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Sub-Millimeter Waves" (MSMW'2004, 21-26 June 2004, Khar'kov, Ukraine) (2004), Vol 2, p. 128.
O.M. Ivanyuta, O.V. Prokopenko, V.M. Raksha, A.M. Klushin. Microwave detection using Josephson junction arrays integrated in a resonator. Phys. Status Solidi C 2, 1688 (2005). https://doi.org/10.1002/pssc.200460812
O.M. Ivanyuta, O.V. Prokopenko, Ya.I. Kishenko, V.M. Raksha, A.M. Klushin. The effect of the external magnetic field on the current-voltage characteristic of HTS Josephson junction arrays. J. Low Temp. Phys. 139, 97 (2005). https://doi.org/10.1007/s10909-005-3915-2
O.V.Prokopenko,D.A.Bozhko,V.S.Tyberkevych,A.V.Chumak, V.I.Vasyuchka, A.A. Serga, O.Dzyapko, R.V.Verba, A.V.Talalaevskij, D.V. Slobodianiuk, Yu.V.Kobljanskyj, V.A.Moiseienko, S.V. Sholom, V.Yu.Malyshev. Recent trends in microwave magnetism and superconductivity. Ukr. J. Phys. 64, 888 (2019). https://doi.org/10.15407/ujpe64.10.888
V. Malyshev, G. Melkov, O. Prokopenko. Microwave devices based on superconducting surface electromagnetic wave resonator (Review Article). Fiz. Nizk. Temp. 46, 422 (2020). https://doi.org/10.1063/10.0000866
R.H. Ritchie. Plasma losses by fast electrons in thin films. Phys. Rev. 106, 874 (1957). https://doi.org/10.1103/PhysRev.106.874
E. ¨ Ozbay. Plasmonics: Merging photonics and electronics at nanoscale dimensions. Science 311, 189 (2006). https://doi.org/10.1126/science.1114849
S.A. Maier. Plasmonics: Fundamentals and Applications (Springer, 2007). https://doi.org/10.1007/0-387-37825-1
Plasmonics: From Basics to Advanced Topics. Edited by S. Enoch, N. Bonod (Springer, 2012).
R.S. Anwar, H. Ning, L. Mao. Recent advancements in surface plasmon polaritons-plasmonics in subwavelength structures in microwave and terahertz regimes. Digit. Commun. Netw. 4, 244 (2018). https://doi.org/10.1016/j.dcan.2017.08.004
Surface Electromagnetics: With Applications in Antenna, Microwave, and Optical Engineering. Edited by F. Yang, Y. Rahmat-Samii (Cambridge Univ. Press, 2019).
X. Zhang, Q. Xu, L. Xia, Y. Li, J. Gu, Z. Tian, C. Ouyang, J. Han, W. Zhang. Terahertz surface plasmonic waves: a review. Adv. Photon. 2, 014001 (2020). https://doi.org/10.1117/1.AP.2.1.014001
N. Maccaferri, I. Zubritskaya, I. Razdolski, I.-A. Chioar, V. Belotelov, V. Kapaklis, P.M. Oppeneer, A. Dmitriev. Nanoscale magnetophotonics. J. Appl. Phys. 127, 080903 (2020). https://doi.org/10.1063/1.5100826
R. Ruppin. Surface polaritons of a left-handed medium. Phys. Lett. A 277, 61 (2000). https://doi.org/10.1016/S0375-9601(00)00694-0
R. Ruppin. Surface polaritons of a left-handed material slab. J. Phys.: Condens. Matter 13, 1811 (2001). https://doi.org/10.1088/0953-8984/13/9/304
Y.V. Bludov, J.N. Gomes, G.A. Farias, J. Fern'andez-Rossier, M.I. Vasilevskiy, N.M.R. Peres. Hybrid plasmon-magnon polaritons in graphene-antiferromagnet heterostructures. 2D Mater. 6, 045003 (2019). https://doi.org/10.1088/2053-1583/ab2513
J. Sloan, N. Rivera, J.D. Joannopoulos, I. Kaminer, M. Soljaˇci'c. Controlling spins with surface magnon polaritons. Phys. Rev. B 100, 235453 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.235453
V.V. Temnov, G. Armelles, U.Woggon, D. Guzatov, A. Cebollada, A. Garcia-Martin, J.-M. Garcia-Martin, T. Thomay, A. Leitenstorfer, R. Bratschitsch. Active magnetoplasmonics in hybrid metal-ferromagnet structures. Nature Photon. 4, 107 (2010). https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.265
D. Mart'ın Becerra. Active Plasmonic Devices Based on Magnetoplasmonic Nanostructures (Springer, 2017). https://doi.org/10.1007/978-3-319-48411-2
G.T. Papadakis, D. Fleischman, A. Davoyan, P. Yeh, H.A. Atwater. Optical magnetism in planar metamaterial heterostructures. Nature Commun. 9, 296 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-017-02589-8
I. Zavislyak, H. Chumak. Magnon-plasmon polaritons in the layered structure metal-ferrite with a periodic stripe-like structure of domains. Ukr. J. Phys. 64, 956 (2019). https://doi.org/10.15407/ujpe64.10.956
S. Ramo, J. R. Whinnery, T. Van Duzer. Fields and Waves in Communication Electronics. (Wiley, 1994).
C. Kittel. Introduction to Solid State Physics (Wiley, 2004).
J. Lindhard. On the properties of a gas of charged particles. Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk. 28, 1 (1954).
A.G. Gurevich, G.A. Melkov. Magnetization Oscillations and Waves (CRC Press, 1996).
M.A. Ordal, R.J. Bell, R.W. Alexander, Jr, L.L. Long, M.R. Querry. Optical properties of fourteen metals in the infrared and far infrared: Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Mo, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, V, and W. Appl. Opt. 24, 4493 (1985). https://doi.org/10.1364/AO.24.004493
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
