Spin waves in inhomogeneous magnetization distributions

Ondes de spin dans des distributions d’aimantation inhomogènes

Matías Pablo Grassi (1)

1 IPCMS - Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg

Inhomogeneous magnetization distributions may exist because the magnetic parameters are distributed, or because magnetic textures nucleate in homogenous materials. In both cases, the broken symmetries affect the spin-wave excitation and propagation, leading to a number of intriguing phenomena. In this context, we have studied the propagation of spin waves in a bilayer with a saturation magnetization contrast for the Damon-Eshbach configuration. We have found, by means of simulations and experiments (Propagating Spin Wave Spectroscopy and Brillouin Light Scattering), that this system shows a strong frequency non-reciprocity which can be used for the realization of a spin-wave diode. We have also studied the spin-wave dynamics in thin films which exhibit weak magnetic stripe domains. We have shown how these modes can be interpreted as an extension of the Damon-Eshbach spectrum of the saturated state, which adapts to the symmetry breaking. Furthermore, we have identified the two lowest frequency modes to the Goldstone- and Higgs- modes of the stripe texture. These results were confirmed by Brillouin Light Scattering and Ferromagnetic Resonance experiments.

Des distributions inhomogènes de l’aimantation existent lorsque le matériau n’est pas uniforme, ou lorsqu’une texture magnétique se forme dans un matériau homogène. Dans les deux cas, les symétries brisées modifient l’excitation et la propagation des ondes de spin et donnent lieu à des phénomènes surprenants. Dans ce contexte, nous avons étudié la propagation des ondes de spin dans une bicouche avec un contraste de l’aimantation de saturation dans la configuration Damon-Eshbach. Nous avons trouvé, à l’aide de simulations et expériences (spectroscopie d'ondes de spin propagatives et diffusion de Brouillon), que le système montre une très forte non-réciprocité en fréquence qui peut être utilisée pour réaliser une diode magnonique. Par ailleurs, nous avons étudié la dynamique des ondes de spin dans des couches minces qui présentent des domaines magnétiques en rubans faibles. Nous avons montré que ces ondes de spin peuvent être interprétées comme une extension des modes de Damon-Eshbach dans l’état saturé, qui s’adaptent à la brisure de symétrie. Nous avons également montré que les deux modes d’ondes de spin de plus basse fréquence correspondent aux modes de Goldstone et Higgs de la texture en rubans. Ces résultats ont été confirmés par des mesures de diffusion Brillouin et de résonance ferromagnétique.

Mots clés: Spin waves; Spin dynamics; Non-reciprocity; Stripe domains; Higgs and Goldstone modes

Mots clés: Ondes de spin; Dynamique de spins; Non-réciprocité; Domaines en rubans; Modes de Higgs et Goldstone

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]

Matías Pablo Grassi. Spin waves in inhomogeneous magnetization distributions. Condensed Matter [cond-mat]. Université de Strasbourg, 2021. English. ⟨NNT : 2021STRAE014⟩. ⟨tel-03783559⟩