RU230098U1 - Делитель мощности с функцией фильтрации на основе структуры ферромагнетик/антиферромагнетик - Google Patents
Делитель мощности с функцией фильтрации на основе структуры ферромагнетик/антиферромагнетик Download PDFInfo
- Publication number
- RU230098U1 RU230098U1 RU2024123343U RU2024123343U RU230098U1 RU 230098 U1 RU230098 U1 RU 230098U1 RU 2024123343 U RU2024123343 U RU 2024123343U RU 2024123343 U RU2024123343 U RU 2024123343U RU 230098 U1 RU230098 U1 RU 230098U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- iron
- microwave guide
- yig
- rhodium
- Prior art date
Links
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 title claims description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 title claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims abstract description 14
- OMEXLMPRODBZCG-UHFFFAOYSA-N iron rhodium Chemical group [Fe].[Rh] OMEXLMPRODBZCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- YBYRMVIVWMBXKQ-UHFFFAOYSA-N phenylmethanesulfonyl fluoride Chemical compound FS(=O)(=O)CC1=CC=CC=C1 YBYRMVIVWMBXKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005418 spin wave Effects 0.000 abstract description 12
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005333 ferromagnetic domain Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использована в качестве делителя СВЧ-сигнала. Технический результат заключается в создании логического делителя на основе структуры железо-иттриевого граната/железо-родия с возможностью управления связью спиновых волн путем изменения намагниченности железо-родия и способностью работать в двух частотных диапазонах вследствие конструктивных особенностей. Для достижения технического результата в делителе мощности на основе структуры ферромагнетик/антиферромагнетик, содержащем размещенный на подложке из галлий-гадолиниевого граната первый микроволновод из пленки ЖИГ с входным и выходным преобразователями ПМСВ и второй микроволновод, выполненный из слоя железо-родия, расположенный вдоль продольной центральной оси первого микроволновода, согласно решению, первый микроволновод из пленки ЖИГ содержит второй слой из пленки ЖИГ, при этом пленки имеют разные высоту и намагниченность насыщения. Намагниченность насыщения пленок ЖИГ составляет М1=904 Гс и М2=1738 Гс, а высота слоев h1=6.9 мкм и h2=8.9 мкм соответственно. 6 ил.
Description
Область техники
Полезная модель относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использована в качестве делителя СВЧ-сигнала.
Уровень техники
Известен фильтр-демультиплексор СВЧ-сигнала (см. патент РФ № 2754086, МПК H01P1/218, опубл. 26.08.2012), содержащий размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната пленку железо-иттриевого граната прямоугольной формы, образующую первый микроволновод, с входным и выходным преобразователями поверхностных магнитостатических волн, второй микроволновод, выполненный из железо-родия и расположенный на пленке железоиттриевого граната в её центральной части перпендикулярно продольной оси первого микроволновода, источник управляющего внешнего магнитного поля.
Недостатком известного логического устройства является отсутствие возможности деления сигнала и управления связью спин-волнового сигнала.
Также известен нелинейный делитель мощности СВЧ-сигнала на спиновых волнах (см. патент РФ №2666969, МПК H01P1/22, опубл. 13.09.2018). В этом устройстве микроволноводная структура делителя создана на основе пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ) в виде двух удлиненных полосок одинаковой ширины, расположенных параллельно и с определенным зазором для обеспечения многомодовой связи магнитостатических волн. Концы одной из полосок микроволноводной структуры имеют выводы, на которых размещены микрополосковые антенны для генерации и приема магнитостатических волн.
Недостаток этого устройства заключается в сложности создания идентичных волноводов.
Наиболее близким к заявляемому устройству является делитель СВЧ-сигнала на основе структуры ферромагнетик-антиферромагнетик (см. патент РФ №215445, МПК H01P1/218, опубл. 14.12.2022). Логическое устройство на основе структуры антиферромагнетик-ферромагнетик, содержащее размещенный на подложке из галлий-гадолиниевого граната первый микроволновод прямоугольной формы из пленки железо-иттриевого граната с входным и выходным преобразователями поверхностных магнитостатических волн, второй микроволновод, выполненный из железо-родия и расположенный на первом микроволноводе в его центральной части, источник управляющего внешнего магнитного поля, при этом второй микроволновод расположен вдоль продольной центральной оси первого микроволновода.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности использовать его в двух частотных диапазонах.
Раскрытие сущности полезной модели
Технической проблемой, рассматриваемого устройства, является расширение функциональных возможностей логических устройств, основанных на структуре ферромагнетик-антиферромагнетик. Это достигается через возможность управления связью спиновых волн и функционирование в двух частотных диапазонах благодаря особенностям конструкции.
Технический результат заключается в обеспечении работы в двух частотных диапазонах за счет применения двухслойной пленки железо-иттриевого граната.
Для достижения технического результата в делителе мощности на основе структуры ферромагнетик/антиферромагнетик, содержащем размещенный на подложке из галлий-гадолиниевого граната первый микроволновод из пленки ЖИГ с входным и выходным преобразователями ПМСВ и второй микроволновод, выполненный из слоя железо-родия, расположенный вдоль продольной центральной оси первого микроволновода, согласно решению, первый микроволновод из пленки ЖИГ содержит второй слой из пленки ЖИГ, при этом пленки имеют разные высоту и намагниченность насыщения. Намагниченность насыщения пленок ЖИГ составляет М1=904 Гс и М2=1738 Гс, а высота слоев h1=6.9 мкм и h2=8.9 мкм соответственно.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено: на фиг. 1 - заявляемая структура делителя; на фиг. 2 - структура в плоскости yz; на фиг. 3 - структура в плоскости xy; на фиг. 4 - зависимость распространения спиновых волн от нагрева ЖР, полученная численным моделированием: фиг. 4а - распределение намагниченности при Msat = 0 кА/м, фиг. 4б - распределение намагниченности при Msat = 40 кА/м, фиг. 4в - распределение намагниченности при Msat = 120 кА/м; на фиг. 5 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) для случая, когда намагниченность ЖР Msat = 0 кА/м; на фиг. 6 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) для случая, когда намагниченность ЖР Msat = 120 кА/м.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - подложка из пленки ГГГ; 2 - первый слой первого микроволновода; 3 - второй слой первого микроволновода; 4 - второй микроволновод; 5 - входной преобразователь ПМСВ; 6 - выходные преобразователи ПМСВ; 7 - первый микроволновод.
Осуществление полезной модели
Заявляемое устройство представляет собой структуру, которая включает подложку из ГГГ 1, размещенный на ней первый микроволновод 7, состоящий из двухслойной пленки ЖИГ 2, 3, второй микроволновод из пленки ЖР меньшей ширины, расположенный вдоль продольной центральной оси первого микроволновода 7. На поверхности пленки 3 расположены входной 5 и выходной 6 преобразователи ПМСВ.
Эта структура помещена во внешнее однородное магнитное поле, которое перпендикулярно распространению сигнала, вдоль оси OX.
Устройство работает следующим образом.
Входной СВЧ-сигнал, частота которого соответствует диапазону рабочих частот, что определяется величиной внешнего постоянного магнитного поля, параметрами намагниченности насыщения двух слоев первого микроволновода и их толщиной, подается на входной преобразователь ПМСВ 5. Затем сигнал преобразуется в магнитостатическую волну, которая распространяется вдоль длины ЖИГ. При прохождении через область с ЖР этот сигнал модифицирует свои характеристики, что приводит к наблюдаемому в системе перераспределению спиновых волн из одного слоя 2 в другой слой 3 в разных направлениях. Благодаря конструктивной особенности выполнения первого микроволновода из двухслойной пленки ЖИГ, сигнал проходит в двух частотных диапазонах. Параметры существования сигнала определяются параметрами слоев микроволновода, как намагниченностью насыщения, так и толщиной слоёв (см. S.A. Odintsov, S.E. Sheshukova, S.A. Nikitov, E.H. Lock, E.N. Beginin, A.V. Sadovnikov. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 546. 168736. ISSN 0304-8853. (2022)). Благодаря магнитоэлектрическому взаимодействию между первым 7 и вторым 4 микроволноводами в структуре возникает возможность управления связью спиновых волн (СВ). Это обусловлено уникальными свойствами материалов на основе железо-родия, которые позволяют создавать устройства магноники. Эти материалы обладают рядом особенностей, включая простое выполнение антиферромагнитного-ферромагнитного перехода, высокую намагниченность в ферромагнитной фазе и одновременное существование антиферромагнитных и ферромагнитных доменных моментов. Увеличение температуры на поверхности антиферромагнитного материала микроволновода 4 приводит к увеличению его намагниченности, что приводит к незначительному изменению намагниченности в микроволноводе 7 из ЖИГ пленок 2, 3 и уменьшению внутреннего поля пропорционально нагреву. Этот эффект создает препятствие для распространения длин волн в микроволноводе 7 и вызывает неоднородность в области соединения ЖИГ и ЖР. Таким образом, в данном делителе существует два частотных диапазона прохождения сигнала с возможностью управления распространением спиновых волн путем изменения намагниченности ЖР.
На фиг. 4 представлена зависимость распространения спиновых волн от нагрева ЖР, полученная численным моделированием: фиг. 4а - распределение намагниченности при Msat = 0 кА/м, фиг.4б - распределение намагниченности при Msat = 40 кА/м, фиг.4в - распределение намагниченности при Msat = 120 кА/м. Можно наблюдать локализацию СВ в различных областях первого волновода в зависимости от намагниченности ЖР, что и используется в качестве управляющего параметра системы. На фиг. 5 представлена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) для случая, когда намагниченность Msat = 0 кА/м, можно наблюдать, существование сигнала на выходе в двух частотных диапазонах, что связанно с тем, что для изготовления устройства используется двухслойная пленка ЖИГ. На фиг. 6 представлена АЧХ для случая, когда намагниченность Msat = 120 кА/м, в области ВЧ сигнала можно наблюдать образование запрещенной зоны на частоте 3.7 ГГц.
В данном примере использовалась подложка из галлия-гадолиния (ГГГ) размерами 10000×200×50 мкм. На этой подложке был сформирован двухслойный первый микроволновод на основе пленок железо-иттриевого граната с намагниченностью насыщения М1=904 Гс и М2=1738 Гс, имеющий прямоугольную форму, с преобразователями ПМСВ, размещенными на его коротких гранях 5, 6. На поверхности железо-иттриевого граната вдоль оси OY был расположен слой антиферромагнитного материала - железо-родия (ЖР) с намагниченностью насыщения, изменяющейся от 40 кА/м до 215 кА/м. Размеры первого микроволновода составляли: длина L=10000 мкм, ширина w1=500 мкм, а высота слоев h1=6.9 мкм и h2=8.9 мкм. Длина второго микроволновода из ЖР совпадала с длиной первого микроволновода, его ширина составляла w2=50 мкм, а высота h3=30 мкм. Намагниченность насыщения слоя железо-родия составляет от 40 кА/м до 215 кА/м.
Представленные данные подтверждают достижение технического результата - создание логического делителя на основе структуры железо-иттриевого граната/железо-родия с возможностью управления связью спиновых волн путем изменения намагниченности железо-родия и способностью работать в двух частотных диапазонах вследствие конструктивных особенностей. Это расширяет функциональные возможности устройства, позволяя использовать его для магнонных логических устройств и обеспечивая управление информационным сигналом на выходе, что определяет уникальность данного устройства.
Claims (2)
1. Делитель мощности на основе структуры ферромагнетик/антиферромагнетик, содержащий размещенный на подложке из галлий-гадолиниевого граната первый микроволновод из пленки ЖИГ с входным и выходным преобразователями ПМСВ и второй микроволновод, выполненный из слоя железо-родия, расположенный вдоль продольной центральной оси первого микроволновода, отличающийся тем, что первый микроволновод из пленки ЖИГ содержит второй слой из пленки ЖИГ, при этом пленки имеют разные высоту и намагниченность насыщения.
2. Делитель по п.1, отличающийся тем, что намагниченность насыщения пленок ЖИГ составляет М1=904 Гс и М2=1738 Гс, а высота слоев h1=6.9 мкм и h2=8.9 мкм.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU230098U1 true RU230098U1 (ru) | 2024-11-14 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5170137A (en) * | 1991-02-19 | 1992-12-08 | Westinghouse Electric Corp. | Frequency selective limiter with welded conductors |
| CN203690462U (zh) * | 2014-01-06 | 2014-07-02 | 中国计量学院 | 非对称功能可选错位平行耦合磁电可调微波滤波器 |
| RU2702916C1 (ru) * | 2019-05-07 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Устройство на магнитостатических волнах для пространственного разделения свч-сигналов разного уровня мощности |
| RU215445U1 (ru) * | 2022-10-13 | 2022-12-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Делитель свч-сигнала на основе структуры ферромагнетик-антиферромагнетик |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5170137A (en) * | 1991-02-19 | 1992-12-08 | Westinghouse Electric Corp. | Frequency selective limiter with welded conductors |
| CN203690462U (zh) * | 2014-01-06 | 2014-07-02 | 中国计量学院 | 非对称功能可选错位平行耦合磁电可调微波滤波器 |
| RU2702916C1 (ru) * | 2019-05-07 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Устройство на магнитостатических волнах для пространственного разделения свч-сигналов разного уровня мощности |
| RU215445U1 (ru) * | 2022-10-13 | 2022-12-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Делитель свч-сигнала на основе структуры ферромагнетик-антиферромагнетик |
| RU2813745C1 (ru) * | 2023-11-02 | 2024-02-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Управляемый пространственно-частотный фильтр свч сигнала на спиновых волнах |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Odintsov S.A. et al. Propagation of nonreciprocal spin waves in a multilayer magnonic crystal //Physics of the Solid State. - 2023. - Т. 65. - N. 6. - С. 959-962. S.A. Odintsov, S.E. Sheshukova, S.A. Nikitov, E.H. Lock, E.N. Beginin, A.V. Sadovnikov, Nonreciprocal spin wave propagation in bilayer magnonic waveguide, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 546, 2022, 168736, ISSN 0304-8853, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168736. Odintsov S.A NONRECIPROCAL SPIN WAVE PROPAGATION IN BILAYER MAGNONIC WAVEGUIDE // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022, т. 546, с. 168736. Пташенко А.С. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЭКРАНА НА ХАРАКТЕР РАСПРОСТРАНЕНИЯ СПИНОВЫХ ВОЛН В ДВУХСЛОЙНЫХ ПЛЕНКАХ ЖИГ // Физика твердого тела, т. 66, N 6, 06 (июнь) 2024, с. 921-924. Sadovnikov A.V., ROUTE TOWARD SEMICONDUCTOR MAGNONICS: LIGHT-INDUCED SPIN-WAVE NONRECIPROCITY IN A YIG/GAAS STRUCTURE // Physical Review B. 2019, т. 99, N 5, с. 054424. Садовников А.В ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gulyaev et al. | Ferromagnetic films with magnon bandgap periodic structures: Magnon crystals | |
| Sheshukova et al. | Multimode propagation of magnetostatic waves in a width-modulated yttrium-iron-garnet waveguide | |
| Chumak et al. | Scattering of backward spin waves in a one-dimensional magnonic crystal | |
| RU2623666C1 (ru) | Трехканальный направленный ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| Goto et al. | One-dimensional magnonic crystal with Cu stripes for forward volume spin waves | |
| Beginin et al. | Collective and localized modes in 3D magnonic crystals | |
| Ordóñez-Romero et al. | Mapping of spin wave propagation in a one-dimensional magnonic crystal | |
| Sadovnikov et al. | Spin-wave transport along in-plane magnetized laterally coupled magnonic stripes | |
| RU2686584C1 (ru) | Управляемый ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах | |
| RU2697724C1 (ru) | Функциональный элемент магноники | |
| Chi et al. | Two-dimensional magnonic crystal with periodic thickness variation in YIG layer for magnetostatic volume wave propagation | |
| US4188594A (en) | Fixed frequency filters using epitaxial ferrite films | |
| RU230098U1 (ru) | Делитель мощности с функцией фильтрации на основе структуры ферромагнетик/антиферромагнетик | |
| RU166410U1 (ru) | Частотно-избирательный ответвитель мощности на основе латерально связанных мультиферроидных структур | |
| RU2771455C1 (ru) | Мультиплексор на основе кольцевого резонатора | |
| RU2707391C1 (ru) | Реконфигурируемый мультиплексор ввода-вывода на основе кольцевого резонатора | |
| RU2736286C1 (ru) | Управляемый четырехканальный пространственно распределённый мультиплексор на магнитостатических волнах | |
| RU2706441C1 (ru) | Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла | |
| RU2702915C1 (ru) | Функциональный компонент магноники на многослойной ферромагнитной структуре | |
| RU2690020C1 (ru) | Логическое устройство на основе фазовращателя свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| Martyshkin et al. | Vertical spin-wave transport in magnonic waveguides with broken translation symmetry | |
| RU2754086C1 (ru) | Фильтр-демультиплексор свч-сигнала | |
| RU2702916C1 (ru) | Устройство на магнитостатических волнах для пространственного разделения свч-сигналов разного уровня мощности | |
| Vysotskii et al. | Bragg resonances of magnetostatic surface waves in a ferrite-magnonic-crystal-dielectric-metal structure | |
| RU215445U1 (ru) | Делитель свч-сигнала на основе структуры ферромагнетик-антиферромагнетик |