Měření fáze spinových vln pomocí Brillouinova rozptylu světla: vývoj zařízení a jeho aplikace
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Spinové vlny mají potenciál být použity jako nová platforma pro přenos a zpracování dat, protože mohou dosáhnout vlnových délek v rozsahu nanometrů a frekvencí v rozsahu terahertzů. K tomu, aby bylo možné navrhnout zařízení a logické obvody založené na spinových vlnách, je zapotřebí získat informace o prostorovém rozložení intenzity spinové vlny a pokud je to možné, také o jejich fázi. To lze měřit pomocí fázově rozlišeného fokuso-vaného Brillouinova rozptylu světla (µ -BLS). Předložená práce se zabývá rozšířením stávající optické sestavy o možnost měření fáze, kde doposud bylo možné měřit pouze intenzitu. Toto rozšíření sestavy je důkladně popsáno a charakterizováno. Schopnosti optické sestavy jsou demonstrovány ve studii šíření spinových vln skrz Néelovu doménovou stěnu. Získané 2D mapy intenzity spinových vln ukazují, že propagace přes doménovou stěnu je ovlivněna topologicky vynucenou kruhovou Blochovou čarou ve středu doménové stěny a že režim propagace závisí na frekvenci spinových vln. V prvním režimu propagace se vytvoří dva svazky spinových vlny šířící se kolem kruhové Blochovy čáry, zatímco ve druhém režimu se spinové vlny šíří pouze středem. Fázově rozlišené µ-BLS měření odhaluje fázový po- sun spinových vln pro oba režimy. Mikromagnetické modelování spinových vln ukazuje rozrušení jejich fázových vlnoploch, které je třeba brát v úvahu při interpretaci měření a navrhování potenciálních zařízení. Mikromagnetické simulace ukazují, že vnější magnetické pole může být použito k pohybu kruhové Blochovy čáry ve stěně domény, a tedy k manipulaci spinových vln.
Spin waves have the potential to be used as a new platform for data transfer and processing as they can reach wavelengths in the nanometer range and frequencies in the terahertz range. To be able to design the spin-wave devices and logic circuits we need to be able to gather the information about spatial distribution of the spin-wave intensity and if possible, also their phase. This can be measured with the use of phase-resolved micro-Brillouin-light-scattering (µ-BLS) setup. The presented work deals with extending the existing intensity resolved setup with the possibility to also acquire the spin-wave phase. The upgraded Brillouin light scattering setup is thoroughly described and its performance is characterized. The capabilities of the developed setup are demonstrated in the study of propagation of spin waves through a Néel domain wall. The acquired 2D spin-wave intensity maps reveal that spin-wave transmission through a domain wall is influenced by a topologically enforced circular Bloch line in the domain wall center and that the propagation regime depends on the spin-wave frequency. In the first regime, two spin-wave beams propagating around the circular Bloch line are formed, whereas in the second regime, spin waves propagate in a single central beam through the circular Bloch line. Phase-resolved µ-BLS measurements reveal a phase shift upon transmission through the domain wall for both regimes. Micromagnetic modelling of the transmitted spin waves unveils a distortion of their phase fronts which needs to be taken into account when interpreting the measurements and designing potential devices. Moreover, we show, by means of micromagnetic simulations, that an external magnetic field can be used to move the circular Bloch line within the domain wall to manipulate spin-wave propagation.
Spin waves have the potential to be used as a new platform for data transfer and processing as they can reach wavelengths in the nanometer range and frequencies in the terahertz range. To be able to design the spin-wave devices and logic circuits we need to be able to gather the information about spatial distribution of the spin-wave intensity and if possible, also their phase. This can be measured with the use of phase-resolved micro-Brillouin-light-scattering (µ-BLS) setup. The presented work deals with extending the existing intensity resolved setup with the possibility to also acquire the spin-wave phase. The upgraded Brillouin light scattering setup is thoroughly described and its performance is characterized. The capabilities of the developed setup are demonstrated in the study of propagation of spin waves through a Néel domain wall. The acquired 2D spin-wave intensity maps reveal that spin-wave transmission through a domain wall is influenced by a topologically enforced circular Bloch line in the domain wall center and that the propagation regime depends on the spin-wave frequency. In the first regime, two spin-wave beams propagating around the circular Bloch line are formed, whereas in the second regime, spin waves propagate in a single central beam through the circular Bloch line. Phase-resolved µ-BLS measurements reveal a phase shift upon transmission through the domain wall for both regimes. Micromagnetic modelling of the transmitted spin waves unveils a distortion of their phase fronts which needs to be taken into account when interpreting the measurements and designing potential devices. Moreover, we show, by means of micromagnetic simulations, that an external magnetic field can be used to move the circular Bloch line within the domain wall to manipulate spin-wave propagation.
Description
Citation
WOJEWODA, O. Měření fáze spinových vln pomocí Brillouinova rozptylu světla: vývoj zařízení a jeho aplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Fyzikální inženýrství a nanotechnologie
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
Date of acceptance
2020-07-13
Defence
Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno:
Stokesův a anti-Stokesův rozptyl na magnonech.
Grupová rychlost.
Student otázky zodpověděl.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení