vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2024.1(135).137-153vestnovsu-296Research ArticleФизика конденсированного состоянияCondensed matter physicsМатематическая модель поведения слоистой мультиферроидной структуры в неоднородных электрических полях в области сверхвысоких частотMathematical model of behavior of a layered multiferroic structure in inhomogeneous electric fields in the microwave regionhttps://orcid.org/0000-0002-0726-4047НикитинА. О.NikitinA. O.

Никитин Александр Олегович – старший научный сотрудник,

Великий Новгород.

Veliky Novgorod.

allnikotin@gmail.comНовгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоРоссияYaroslav-the-Wise Novgorod State UniversityRussian Federation20242807202401(135)137153Copyright © Никитин А.О., 20242024Никитин А.О.Nikitin A.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnovsu.elpub.ru/jour/article/view/296

В работе на основе дисперсионных характеристик спиновых волн и теории магнитоэлектрического эффекта строиться математическая модель поведения мультиффероидной структуры в неоднородном электрическом поле. Учитывается природа обменного взаимодействия, также рассматриваются обменные граничные условия Радо-Уиртмена на основе представления их в терминах плотности свободной энергии. На основе построенной математической модели оценивается вклад в дисперсионную картину спиновых волн внешнего электрического поля разной полярности. В заключении приводится ряд случаев применения построенной математической модели при проектировании электронно-управляемых устройств направленного распространения спиновых волн, а также базовых устройств для нейроморфных вычислений.

In this work, based on the dispersion characteristics of spin waves and the theory of the magnetoelectric effect, a mathematical model of a multiferroic structure behavior in a non-uniform electric field is constructed. The nature of the exchange interaction is taken into account, and the Rado-Wirtman exchange boundary conditions are also considered based on their representation in terms of free energy density. Based on the constructed mathematical model, the contribution to the dispersion pattern of spin waves of an external electric field of different polarities is estimated. In conclusion, a number of cases of application of the constructed mathematical model in the design of electronically controlled devices for the directional propagation of spin waves, as well as basic devices for neuromorphic computing, are given.

спиновые волнымагнитоэлектрический эффектмультиферроидные структурыдисперсионные характеристикиspin wavesmagnetoelectric effectmultiferroic structuresdispersion characteristicsReferencesBichurin M. I., Petrov V. M., Petrov R. V., Tatarenko A. S. Magnetoelectric composites. New York: Ltd, 2019. 296 p.Bichurin M. I., Petrov V. M., Petrov R. V., Tatarenko A. S. Magnetoelectric composites. New York: Ltd, 2019. 296 p.Vopson M. V. Fundamental of multiferroic materials and their possible application // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2015. 40(4). 223-250. DOI: 10.1080/10408436.2014.992584Vopson M. V. Fundamental of multiferroic materials and their possible application // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2015. 40(4). 223-250. DOI: 10.1080/10408436.2014.992584Petrov R. V., Tatarenko A. S., Srinivasan G., Mantese J. V. Antenna miniaturization with ferrite-ferroelectric composites // Microwave and Optical Technology Leters. 2008. 50(12). 3154-3157. DOI: 10.1002/mop.23939Petrov R. V., Tatarenko A. S., Srinivasan G., Mantese J. V. Antenna miniaturization with ferrite-ferroelectric composites // Microwave and Optical Technology Leters. 2008. 50(12). 3154-3157. DOI: 10.1002/mop.23939Бичурин М. И., Петров Р. В., Воробьев Ю. Д., Килиба Ю. В. Полосовой перестраиваемый магнитоэлектрический СВЧ фильтр // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования, 8-12 декабря 1997, Москва: в 2 вып. Вып 2. Проблемы геоэкологии, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Применение аэрокосмических технологий в науках о Земле. Электронные, оптико-электронные и микроволновые приборы и системы. Новые информационно-интеллектуальные системы и технологии. Проблемы и достижения высшего и среднего образования. Москва, 1997. С. 234-238.Bichurin M. I., Petrov R. V., Vorobyov Yu. D., Kiliba Yu. V. Polosovoy perestraivayemyy magnitoelektricheskiy SVCH fil'tr [Bandpass tunable magnetoelectric microwave filter] // Proceedings of the International Forum on Science, Technology and Education, December 8-12, 1997, Moscow: in issue 2, Issue. 2. Problems of geoecology, exploration and exploitation of mineral deposits. Applications of aerospace technologies in geosciences. Electronic, optical-electronic and microwave devices and systems. New information and intelligent systems and technologies. Problems and achievements of higher and secondary education. Moscow, 1997. P. 234-238.Tatarenko A. S., Srinivasan G., Filippov D. A. Magnetoelectric microwave attenuator // Electronics Letters. 2007. (43)12. 674-675. DOI: 10.1049/el:20070949Tatarenko A. S., Srinivasan G., Filippov D. A. Magnetoelectric microwave attenuator // Electronics Letters. 2007. 43(12). 674-675. DOI: 10.1049/el:20070949Bichurin M. I., Petrov R.V. Magnetoelectric Phasers for PAS // Proceedings of The 2nd International Conference on Satellite Communications. Moscow, 1996. P. 172-176. DOI: 10.1109/ICSC.1996.864274Bichurin M. I., Petrov R.V. Magnetoelectric Phasers for PAS // Proceedings of the 2nd International Conference on Satellite Communications. Moscow, 1996. P. 172176. DOI: 10.1109/ICSC.1996.864274.Бичурин М. И., Петров Р. В., Соловьёв И. Н., Соловьёв А. Н., Коваленко Д. В. Исследование магнитоэлектрического СВЧ-гиратора // Современные проблемы науки и образования. 2012. 2. 201-208.Bichurin M. I., Petrov R. V., Soloviev I. N., Soloviev A. N., Kovalenko D. V. Issledovaniye magnitoelektricheskogo SVCH-giratora [The study of magnetoelectric microwave gyrator] // Modern problems of science and education. 2012. 2. 201-208.Petrov R. V., Nikitin A. O., Bichurin M. I., Srinivasan G. Magnetoelectric antenna array // International Journal on Communications Antenna and Propagation. 2020. 10(6). 371-376. DOI: 10.15866/irecap.v10i6.18658Petrov R. V., Nikitin A. O., Bichurin M. I., Srinivasan G. Magnetoelectric antenna array // International Journal on Communications Antenna and Propagation. 2020. 10(6). 371-376. DOI 10.15866/irecap.v10i6.18658Multiferroic Materials: Properties, Techniques, and Applications / edited by Junling Wang. CRC Press, 2017. 392 p.Multiferroic Materials: Properties, Techniques, and Applications / edited by Junling Wang. CRC Press, 2017. 392 p.Liu M., Sun N. X. Voltage control of magnetism in multiferroic heterostructures // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2009. 372. 20120439. DOI: 10.1098/rsta.2012.0439Liu M., Sun N. X. Voltage control of magnetism in multiferroic heterostructures // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2009. 372. 20120439. DOI: 10.1098/rsta.2012.0439Chumak A. V., Kabos P., Wu V., Abert C., Ademann C., Adeyeye F. O., Akerman J. et al. Advances in magnetics roadmap on spin-wave computing // IEEE Transactions on Magnetics. 2022. 58(6). 0800172. DOI: 10.1109/TMAG.2022.3149664Chumak A. V., Kabos P., Wu V., Abert C., Ademann C., Adeyeye F. O., Akerman J. et al. Advances in magnetics roadmap on spin-wave computing // IEEE Transactions on Magnetics. 2022. 58(6). 0800172. DOI: 10.1109/TMAG.2022.3149664Nikitin A. O., Petrov R., Kiselev V., Misilin V., Bozhkov S., Milenov I., Bozhkov P. Magnonic commutator on magnetoelectric gradient structure for artificial neural networks // 18th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA). Varna: Bulgaria, 2023. P. 1-4. DOI: 10.1109/ELMA58392.2023.10202336Nikitin A. O., Petrov R., Kiselev V., Misilin V., Bozhkov S., Milenov I., Bozhkov P. Magnonic commutator on magnetoelectric gradient structure for artificial neural networks // 18th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA). Varna: Bulgaria, 2023. P. 1-4. DOI: 10.1109/ELMA58392.2023.10202336Григорьева Н. Ю., Калиникос Б. А. Теория спиновых волн в пленочных ферромагнитных многослойных структурах: монография. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. 179 с.Grigorieva N. Yu., Kalinikos B. A. Teoriya spinovykh voln v plenochnykh ferromagnitnykh mnogosloynykh strukturakh: monografiya. Saint-Petersburg: Publishing house of Saint Petersburg Electrotechnical University “LETI”, 2008. 179 p.Nikitin A. O., Petrov R. V. Magnetoelectric gradient structures // Journal of Physics: Conference Series. 2021. 2052. 012029. DOI: 10.1088/1742-6596/2052/1/012029Nikitin A. O., Petrov R. V. Magnetoelectric gradient structures // Journal of Physics: Conference Series. 2021. 2052. 012029. DOI: 10.1088/1742-6596/2052/1/012029Prabhakar A., Stancil D. D. Spin Waves: Theory and Applications. New York, NY: Springer, 2009. 355 p.Prabhakar A., Stancil D. D. Spin Waves: Theory and Applications. New York, NY: Springer, 2009. 355 p.Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. Москва: Физматлит, 1994. 464 c.Gurevich A. G., Melkov G. A. Magnitnyye kolebaniya i volny [Magnetic oscillations and waves]. Moscow: Fizmatlit, 1994. 464 p.Лакс Б., Баттон К. Сверхвысокочатотные ферриты и ферримагнетики: перевод с английского. Москва: Мир, 1965. 675 с.Lax B., Button K. Sverkhvysokochatotnyye ferrity i ferrimagnetiki: perevod s angliyskogo [Ultra-high-frequency ferrites and ferrimagnets: translated from English]. Moscow: Mir, 1965. 675 p.Бичурин М. И., Петров В. М., Филиппов Д. А., Сринивасан Г. Магнитоэлектрический эффект в композиционных материалах. Великий Новгород: Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого, 2005. 226 с.Bichurin M. I., Petrov V. M., Filippov D. A., Srinivasan G. Magnitoelektricheskiy effekt v kompozitsionnykh materialakh [Magnetoelectric effect in magnetostrictionpiezoelectric multiferroics]. Veliky Novgorod: Yaroslav-the-Wise NovSU, 2005. 226 p.Rado G. T., Weertman J. R. Spin-wave resonance in a ferromagnetic metal // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1959. 11(3-4). 315-333. DOI: 10.1016/00223697(59)90233-1Rado G. T., Weertman J. R. Spin-wave resonance in a ferromagnetic metal // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1959. 11(3-4). 315-333. DOI: 10.1016/0022-3697(59)90233-1Puszkarski H. Rado–Weertman boundary equation revisitedin terms of the freeenergy density of a thin film // Acta Physica Polonica Series A. 2016. 129(6). RK.129.6.1-3. DOI: 10.12693/APhysPolA.129.RK.129.6.1-1Puszkarski H. Rado–Weertman boundary equation revisitedin terms of the freeenergy density of a thin film // Acta Physica Polonica Series A. 2016. 129(6). P. RK.129.6.1-3. DOI: 10.12693/APhysPolA.129.RK.129.6.1-1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.