Low Temperature Physics: 46, 830 (2020); https://doi.org/10.1063/10.0001550
Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 8 (Август 2020), c. 984-990    ( к оглавлению , назад )

Wannier–Stark ladder spectrum of Bloch oscillations of magneto-dipole spin waves in graded 1D magnonic crystals

E.V. Tartakovskaya

Institute of Magnetism NAS of Ukraine and MES of Ukraine, Kyiv 03142, Ukraine
E-mail: olena.tartakivska@gmail.com

A.S. Laurenson and V.V. Kruglyak

University of Exeter, Stocker Road, Exeter, EX4 4QL, United Kingdom

Received February 27, 2020, published online June 22, 2020

Abstract

We have used the method of Wannier functions to calculate the frequencies and profiles of spin waves localized in one-dimensional magnonic crystals due to a gradient in the bias magnetic field. This localization of spin waves is analogous to the phenomenon of Bloch oscillations of quantum-mechanical electrons in crystals in a uniform electric field. As a convenient yet realistic model, we consider backward volume magnetostatic spin waves in a film of yttrium-iron garnet in a bias magnetic field comprising spatially uniform, cosine and gradient contributions. The spin-wave spectrum is shown to have the characteristic form of a Wannier–Stark ladder. The analytical results are verified using those obtained using numerical micromagnetic simulations. The physics of spin-wave Bloch oscillations combines the topics of magnonic crystals and graded magnonic index — the two cornerstones of modern magnonics.

Анотація

Використано метод функцій Ваньє для розрахунку частот та профілів спінових хвиль, які локалізовані в одновимірних магнонних кристалах завдяки градієнту поля, яке підмагнічує. Така локалізація спінових хвиль аналогічна появі блохівських коливань квантово-механічних електронів у кристалах в однорідному електричному полі. Розглянуто модель магнітостатичних зворотних об’ємних спінових хвиль у плівці залізо-ітрієвого гранату у полі підмагнічення, що включає просторово однорідний, косинусний та градієнтний внески. Показано, що спектр спінових хвиль має характерну форму сходів Ваньє–Старка. Результати аналізів перевірено з використанням результатів, які отримано за допомогою чисельного мікромагнітного моделювання. Фізика блохівських коливань спінових хвиль об’єднує дослідження магнонних кристалів та градієнтного магнонного індексу — двох фундаментальних основ сучасної магноніки.

Key words: spin waves, Bloch oscillations, one-dimensional magnonic crystals.