Study of magnonic crystals in a frequency domain

Popis magnetodynamických vlastností nanomagnetů a nanostrukturovaných magnetických materiálů vyžaduje metody vhodné pro zkoumání typické časové odezvy těchto systémů, tj. v řádu nanosekund a méně. Nedostatek technik, vhodných právě pro charakterizaci v časové doméně, je spojen s možnostmi současné elektroniky. Další možný přístup, jak popsat vlastnosti nanomagnetů, je charakterizace ve frekvenční doméně v pásmu GHz. Nejrozšířenější technikou charakterizace ve frekvenční doméně je měření feromagnetické rezonance (FMR). Ze spekter FMR lze získat cenné informace o systému: parametr tlumení, saturační magnetizace atd. Metoda, kterou využíváme k detekci excitací spinových vln, má za cíl zjednodušení charakterizace. Využíváme termoelektrickou detekci spinových vln v magnetických drátech prostřednictvím anomálního Nernstova jevu. Metoda je založena na disipaci tepla uvnitř magnetické vrstvy v důsledku útlumu spinových vln, a proto dochází k vytvoření teplotního gradientu směrem k substrátu (kolmo k povrchu). To vede k vytvoření elektrického pole kolmého jak na teplotní gradient, tak na směr magnetizace. Napětí je obvykle v řádu V, proto může být měřeno obvyklým laboratorním vybavením. Navzdory své jednoduchosti poskytuje tato metoda velmi zajímavé výsledky a může být použita pro charakterizaci magnonických vlnovodů, magnonických metamateriálů, emitorů spinových vln a dalších zařízení, pracujících se spinovými vlnami.Characterization of magnetodynamic properties of nanomagnets and nanostructured magnetic materials requires methods appropriate for probing the typical timescales of these systems, i.e. in the sub-nanosecond range. The lack of appropriate time-domain characterization techniques is linked to the limits of current electronics. Other possible approach is to use the frequency domain characterization in GHz range. The most common frequency domain characterization technique is the ferromagnetic resonance (FMR) measurement. From FMR spectra it is possible to extract valuable information about the magnetic system: the damping parameter, saturation magnetization etc. The method we utilize for detection of spin-wave excitations aims for the simplification of the characterization experiment. We employ the thermoelectric detection of spin waves in magnetic strips via anomalous Nernst effect. The method is based on the heat generation inside a magnetic film due to the relaxation of spin waves to the lattice. The dissipation of spin-wave energy heats the magnetic strip and creates a temperature gradient towards the substrate (perpendicular to the surface). This leads to generation of an electric field perpendicular to both the temperature gradient and the magnetization direction. The voltage is usually in the V range, hence it can be measured with common laboratory equipment. Despite its simplicity, this method yields very interesting results and can be used for characterization of magnonic waveguides, magnonic metamaterials, spin-wave emitters and other spin-wave devices.