磁振子晶体中自旋波色散关系与缺陷态以及阻尼效应研究

Novel material properties can be realized by designing the spin waves' dispersion relations in artificial magnonic crystals. Spin-wave lengths span several orders of magnitude from nano- up to centimeters, also their frequencies may vary from THz to GHz. In this broad region in length, the magnetic interactions mostly dominating the dispersion relations of spin waves are different. Moreover, the frequecy for a given wave length of spin wave can be dramatically changed by the magnetization direction. All of the potential applications are aimed to control and manipulate localizations or propagations of spin waves in magnonic crystals, and the aritficial crystals with band gaps can be used as the fabricating materials of spin-wave filter, guide, resonators and others. In this project,based on the microcosmic mechanism of magnetic interactions, we will theoretically study the dispersion realtions of spin waves in magnonic crystals with different lattice constants, and will distinguish cases of finite and infinite large systems. Based on the possible applications of magnonic crystals in spin-wave devices, designing appropriate magnonic crystals as different defect structures, magnonic crystal flats and others, we will also discuss the crucial parameters to realize or to control propagation, localization, excitation and damping effect of spin waves, and expect to give some valuable theoretical referrences into magnonic crystal based experimental investigations or practical devices in the future.

人工磁振子晶体的特性可以通过设计其中的自旋波色散关系来实现。自旋波波长可以从纳米量级到厘米量级变化，对应频率从THz到GHz量级的范围变化。不同波段的自旋波，影响其色散关系的主要磁相互作用机制并不相同。即使对给定波长的自旋波，其频率还与磁化方向有关。磁振子晶体的主要应用是利用其来操控自旋波在其中的传播和局域等性质，磁振子晶体材料有望作为自旋波滤波、导波、共振等器件的制作材料。本项目将从影响自旋波色散关系的磁相互作用机理出发，理论研究不同尺度，分无限大小和有限大小磁振子晶体中的自旋波色散关系；同时基于利用磁振子晶体实现自旋波器件的可能应用，设计恰当的磁振子晶体系统结构，如不同维度的缺陷结构、磁振子晶体薄板结构等，理论研究自旋波在其中的传播、局域、激发以及阻尼效应的影响等问题，探讨如何实现对自旋波的可控操作，希望为磁振子晶体材料的实验研究或实际应用提供一些有价值的理论参考。

磁振子晶体是继半导体超晶格、光子晶体和声子晶体之后的又一人工微结构复合材料，它是磁性材料在空间的周期结构，成为近来凝聚态物理和材料物理等领域的研究热点。随着人工微纳米结构制造和加工技术的发展，制作出晶格常数在微纳米数量级的磁振子晶体材料已成为可能，所以磁振子晶体的主要应用是利用其来操控自旋波在其中的传播和局域等性质，磁振子晶体复合材料有望作为自旋波在微波及其高频领域内的滤波、导波、共振等器件的制作材料。而自旋波在磁振子晶体材料中的传播性质主要受其色散关系的影响。本项目从影响自旋波色散关系的磁相互作用机理出发，理论研究不同尺度，分无限大小和有限大小磁振子晶体中的自旋波色散关系；同时基于利用磁振子晶体实现自旋波器件的可能应用，设计恰当的磁振子晶体结构，如不同维度的缺陷结构、磁振子晶体薄板结构等，理论研究自旋波在其中的传播、局域、激发以及阻尼效应的影响等问题，探讨如何实现对自旋波的可控操作。这些研究结果可为磁振子晶体材料的实验研究或实际应用提供一些有价值的理论参考。