Лаборатория метаматериалов для радиоэлектроники СГУ им. Н.Г. Чернышевского. Направление научных исследований – разработка технологий создания и исследование свойств нового класса планарных волноведущих структур на основе ферромагнитных пленок с периодическими и квазипериодическими неоднородностями микронных и субмикронных размеров – магнонных кристаллов, ферромагнитных слоистых структур на металлических и полупроводниковых подложках, включая исследование нелинейных явлений в таких структурах. В прикладном плане проведение указанных исследований позволит разработать физико-технологические принципы создания устройств с широкими функциональными возможностями для генерации сигналов и обработки информации в диапазоне сверхвысоких частот.

2 Волноведущие системы на основе слоистых ферромагнитных структур и магнонных кристаллов, в отличие от использующихся ранее на основе однородных пленок железоиттриевого граната, обладают принципиально новыми свойствами, в частности, размерными эффектами, разнообразием дисперсионных свойств, сильной поверхностной и объемной анизотропией. Все эти свойства указанных пленочных ферромагнитных структур должны способствовать формированию уникальных электродинамических и нелинейных характеристик при распространении магнитостатических волн в этих структурах, а также открывает более широкие возможности для управления этими характеристиками.

Задачи 1-ого этапа-2010г.: Анализ и разработка основных технологических методов для создания 1D и 2D периодических и квазипериодических ферромагнитных структур микронных и субмикронных размеров – магнонных кристаллов. Теоретические и экспериментальные исследования, направленные на изучение особенностей электродинамических характеристик планарных структур на основе 1D- и 2D- магнонных кристаллов, включая фрактальные структуры, в диапазоне сверхвысоких частот в зависимости от геометрических параметров кристаллов и параметров ферромагнитных пленок.

Магнонные кристаллы 1D- структуры Скрайбирование L L=100 мкм L=200 мкм глубина t= нм ширина s=2-4 мкм

5 Магнонные кристаллы Амплитудно-частотная характеристика одномерного магнонного кристалла Примеры магнонных кристаллов Фотолитография и химическое травление

Фрактальные структуры АЧХ линии передачи на основе пленки ЖИГ с 1D-структурой типа Фибоначчи при различных значениях магнитного поля: H0=115 Э (сплошная линия), H0=130 Э (штриховая линия). Цифрами 1 и 2 отмечены положения запрещенных зон при перестройке магнитным полем Микрофотографии пленки ЖИГ с поверхностной фрактальной структурой с разными увеличениями

Задачи 2-ого этапа-2011г.: Теоретические и экспериментальные исследования, направленные на изучение нелинейной динамики волновых процессов, в том числе механизмов формирования солитонов и перехода к динамическому хаосу, в распределенных линиях передачи на основе магнонных кристаллов и слоистых ферромагнитных магнитных структур. Исследование сложных автоколебательных режимов, включая режимы перехода к динамическому хаосу и механизмы формирования автосолитонов, вопросы управления этими режимами в активных кольцевых системах с использованием нелинейных элементов на основе магнонных кристаллов и слоистых ферромагнитных структур.

8 Основные нелинейные механизмы в ферромагнитных плёнках ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ СПИНОВЫХ ВОЛН (СВ) НЕЛИНЕЙНОСТЬ СРЕДЫ (движение вектора намагниченности нелинейно) модуляционная неустойчивость МСВ нелинейное затухание МСВ эффекты самовоздействия (самомодуляция, самофокусировка, волны стационарного профиля - солитоны) стохастическая модуляция МСВ

9 Нелинейная модель Используя приближение связанных волн, можно представить распределение магнитостатического потенциала вблизи запрещенной зоны в виде : - медленно меняющиеся комплексные амплитуды огибающих прямой и встречной волн. где В приближении слабой нелинейности нелинейные уравнения для огибающих прямой и встречной волн: где – групповая скорость, – коэффициент дисперсии; – коэффициент связи; – коэффициент нелинейности (характеризует фазовую автомодуляцию), – коэффициент кросс-фазовой модуляции, – отстройка (, - центральная частота импульса, - фазовая скорость МСВ в однородной структуре) (1)

10 Область параметров (Vg, ) существования Брэгговских солитонов Линии равного уровня амплитуд огибающей прямой и встречной для и изменение мощности во времени Область параметров,соответствующая образованию солитонов Линии равного уровня амплитуд огибающей для и изменение мощности во времени

11 Пространственно - временная эволюция для точки 2 Линии равного уровня амплитуд огибающей для и изменение мощности во времени при Пространственно - временная эволюция огибающих

12 Автоколебательная система с нелинейной линией передачи на основе одномерной периодической микроструктуры – магнонного кристалла 1, 3 – транзисторные усилители мощности, 8 – линия задержки на ПМСВ с магнонным кристаллом (H 0 =149 Э), 5 – объемный резонатор, 2, 6 – аттенюаторы, 7, 9, 10 – направленные ответвители. 1 – K DL =-37.9 дБ, 2 – K DL =-70.4 дБ.f 1зн =2078 МГц, А 1зн =-38.9 дБ.

Генерация хаотических автосолитонов Спектры мощности (левая колонка) и огибающие амплитуды СВЧ сигнала (правая колонка), генерируемого автоколебательной системой с линией задержки с одномерной периодической микроструктурой на основе пленки ЖИГ при Н0=149 Э.

Задачи 3-ого этапа-2012г.: Разработка физико-технологических принципов создания новых устройств магнитоэлектроники электроники для обработки и генерации информационных сигналов, в том числе и хаотических, в диапазоне сверхвысоких частот на основе слоистых ферромагнитных структур и магнонных кристаллов. Проведение исследований, направленных на разработку технологии получения ферритовых пленок на полупроводниковых и металлических подложках и создания на их основе интегральных СВЧ устройств с широкими функциональными возможностями (микрополосковых перестраиваемых полосно-пропукающих и режекторных фильтров, вентилей, корректоров сигнал-шум, ограничителей мощности).