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Spin-wave bullets

 

Spin-wave bullets sind zweidimensionale lokalisierte dynamische Objekte. Sie stehen in Analogie zu dynamischen Solitonen, welche sich als stabile Wellenpakete beschreiben lassen, die sich in einem nichtlinearen Medium ausbreiten, ohne dabei ihre Gestalt zu verändern. Spin-wave bullets werden erzeugt, indem Spinwellen, die durch einen Mikrowellen Puls erzeugt wurden, durch einen raumzeitlichen selbstfokussierungs Effekt fokussiert werden. Während sich das Wellenpaket in z-Richtung ausbreitet (siehe Abbildung unten), erfährt es Selbstfokussierung in beide Richtungen in der Ebene (YZ). Dies führt zu eine räumlichen Konvergenz des Pakets und einer Erhöhung seiner Amplitude, was schließlich zum Kollaps der Welle führt. Jedoch wird, in einem gewissen Intervall der Propagation, der nichtlineare Kollaps der Welle durch Dissipation stabilisiert. Somit entsteht eine quasistabile, streng lokalisierte spin-wave bullet. Die Bullet propagiert bis zu hundert Nanosekunden lang, ohne dabei ihre Form merklich zu verändern. Leidglich die Intensität nimmt, im Laufe dieser Zeit, aufgrund von Dissipationsprozessen, leicht ab. Erst nachdem das Wellenpaket so viel Energie verloren hat, dass der Einfluss nichtlinearer Prozesse vernachlässigbar klein wird, wird es aufgrund linearer Diffraktion zerstört.

Die Studie von spin-wave bullets umfasst die Untersuchung ihrer Entstehung, Propagation, Kollision, parametrischen Verstärkung und Zirkulation in aktiven Ringen.

Die unten stehende Abbildung zeigt die, experimentell ermittelte, zweidimensionale Verteilung, der normierten Intensität eines propagierenden Spin-Wellenpakets, zu 5 unterschiedlichen Zeiten. Der Querschnitt der Wellenpakete bei halber Intensität ist in der xy-Ebene darunter dargestellt.

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Referenzen:

  1. M. Bauer, O. Büttner, S.O. Demokritov, B. Hillebrands, V. Grimalsky, Yu. Rapoport, and A.N. Slavin, Observation of spatiotemporal self-focusing of spin waves in magnetic films,Phys. Rev. Lett. 81, 3769 (1998).

  2. O. Büttner, M. Bauer, S.O. Demokritov, B. Hillebrands, M.P. Kostylev, B.A. Kalinikos, and A.N. Slavin, Collisions of spin-wave envelope solitons and self-focused spin-wave packets in yttrium iron garnet films,Phys. Rev. Lett. 82, 4320 (1999).

  3. O. Büttner, M. Bauer, S.O. Demokritov, B. Hillebrands, Y.S. Kivshar, V. Grimalsky, Yu. Rapoport, and A.N. Slavin, Linear and nonlinear diffraction of dipolar spin waves in yttrium iron garnet films observed by space- and time-resolved Brillouin light scattering,Phys. Rev. B 61, 11576 (2000).

  4. A.N. Slavin, O. Büttner, M. Bauer, S.O. Demokritov, B. Hillebrands, M.P. Kostylev, B.A. Kalinikos, V.V. Grimalsky, and Yu. Rapoport, Collision properties of quasi-one-dimensional spin wave solitons and two-dimensional spin wave bullets, Chaos 13, 693 (2003).


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