Magnetic properties and structural phase transition in ultrathin fcc Fe (111) and bcc Fe (111) films: first-principles study

The aim of this work is the investigation of the structural and magnetic characteristics of Fe thin films with a triangular (hexagonal) lattice surfaces (fcc (111) and bcc (111)). Properties of these structures have been calculated using density functional theory (DFT) implemented in full-potential local-orbital code (FPLO). The results indicate structural phase transition from fcc to bcc structure at film thickness of about 21 Fe atomic monolayers. Furthermore, findings show the positive magnetic anisotropy energy (MAE) values occur for below about 9 Fe monolayers indicating perpendicular magnetic anisotropy, and for larger number of Fe monolayers MAE switches to very small negative values. Calculated spin magnetic moments initially decrease with film thickness. However, at a thickness of structural phase transition (21 atomic monolayers) we observe their sudden increase. The presented computational results explain the experimentally observed structural transition and can help select proper substrates with trigonal (hexagonal) lattice surfaces and suitable lattice parameters for the deposition of ultrathin Fe (111) films.Comment: submitted to Journal of Magnetism and Magnetic Material

Localization properties of spin waves in planar magnonic crystals and quasicrystals

Wydział FizykiMagnonika to dziedzina nauki koncentrująca się na badaniach dynamiki fal spinowych w strukturach magnetycznych. Efekty takie jak anizotropowość oraz nieodwracalność propagacji fal są dużo łatwiejsze do uzyskania w systemach magnonicznych niż w odpowiadających im systemach fotonicznych i elektronicznych. Czyni to fale spinowe obiecującym nośnikiem informacji, których zastosowanie może wypełnić lukę pomiędzy urządzeniami fotonicznymi a elektronicznymi. Głównym celem niniejszej rozprawy jest analiza lokalizacji fal spinowych w płaskich kryształach oraz kwazikryształach magnonicznych. Badania naukowe skoncentrowane są na dynamice fal spinowych w jedno- i dwu- komponentowych kryształach i kwazikryształach magnonicznych, oraz dodatkowo - w pojedynczym nanodrucie, stanowiącym element bazowy rozważanych struktur. Otrzymywane dla kwazikryształów złożone, fraktalne widma fal spinowych, czas życia modów oraz właściwości lokalizacyjne fal spinowych są porównane do tych otrzymywanych dla kryształów. Zaprezentowane są również wyniki otrzymane we współpracy z grupami eksperymentalnymi, demonstrujące możliwość propagacji fal spinowych poprzez kwazikryształ magnoniczny, otwieranie się dodatkowych mini-przerw pasmowych oraz reprogramawalność kwazikryształów magnonicznych.Magnonics is a field of research focusing on the spin wave dynamics in magnetic structures. In magnonic systems, the wave effects, like anisotropy and non-reciprocity of propagation, are observed much easier than in their photonic or electronic counterparts. Much more complex are also the effects of spin wave localization. Therefore, the application of magnonic devices for information processing could fill the gap between photonic and electronic devices. The main objective of this thesis is the analysis of spin waves localization in planar magnonic crystals and quasicrystals. The research is focused on the spin wave dynamics in one- and bi-component magnonic crystals and quasicrystals. An additional study of a single nanowire, which is the building block of these structures, is presented. The work discusses the impact of quasiperiodicity on the frequency spectrum, the lifetime of modes and the spin wave localization (on the surfaces and inside the structure). The results obtained for quasiperiodic structures are compared with the outcomes found for their periodic counterparts. Finally, the results of joint collaborative research with the experimental groups are shown, demonstrating the possibility of spin wave propagation through magnonic quasicrystal, the opening of additional mini-bandgaps and the reprogrammability of magnonic quasicrystals

Magnonics and Confinement of Light in Photonic–Magnonic Crystals

International audienc

Reprogrammability and Scalability of Magnonic Fibonacci Quasicrystals

Magnonic quasicrystals can be used to manipulate spin waves, offering possibilities beyond those of periodic magnonic crystals. The authors investigate one-dimensional magnonic Fibonacci quasicrystals and demonstrate the existence of collective spin waves over a broad range of wave vectors. The spin-wave spectra here are tunable by changing magnetic field amplitude (for continuous band-structure adjustment), magnetization configuration (for reprogrammability), or the dimensions of the elements (for scalability). Beyond being fundamentally interesting, these properties show that magnonic quasicrystals are promising for tomorrow's spintronic, microwave, and magnonic technologies