Spin dynamics in two-dimensional magnonic crystals

Negli ultimi anni i sistemi magnetici di dimensioni nanometriche sono stati ampiamente studiati sia per le loro proprietà fondamentali che per le molte e potenti applicazioni tecnologiche in cui possono essere inseriti. Tra tutti i sistemi magnetici aventi dimensioni nanometriche, i cristalli magnonici sono quelli che mostrano proprietà molto interessanti poiché possiedono la caratteristiche di poter esser costruiti in una, due o tre dimensioni. Lo scopo di questa Tesi consiste nello studio delle proprietà fondamentali della magnetizzazione in cristalli magnonici mono e multi-materiale. L’analisi è stata condotta con approccio teorico basata su calcoli micro magnetici svolti tramite il metodo della matrice dinamica. Tale metodo permette di calcolare con estrema precisione la dinamica della magnetizzazione in sistemi magnetici periodici grazie alla suddivisione in celle micro magnetiche (di dimensioni inferiori alla lunghezza di scambio del materiale) il sistema. Sono stati studiati quattro diversi reticoli di antidots per analizzare la presenza di modi “soffici” in cristalli magnonici bidimensionali. E’ stato dimostrato che la frequenza di tali modi di spin diminuisce fino a tendere al valore nullo in corrispondenza di un valore critico di campo esterno. Per poter spiegare il fenomeno fisico alla base del “softening” è stato calcolato il campo demagnetizzante che influenza l’andamento della frequenza di queste eccitazioni collettive. Successivamente, un reticolo di antidots con magnetizzazione in piano e fuori piano è stato analizzato per analizzare l’effetto dello stato fondamentale della magnetizzazione sulle curve di dispersione dei modi di spin. Le proprietà della magnetizzazione dinamica sono state studiate anche i cristalli magnonici multimateriali. Diversi sistemi periodici composti da dot circolari immersi in una matrice ferromagnetica sono stati studiati per capire come la posizione e il volume dei dots influenza la propagazione delle onde di spin in tali sistemi. Inoltre, un sistema composto da dot di forma quadrata separato da materiale non magnetico dalla matrice ferromagnetica in cui sono immersi sono stati studiati per comprendere come la presenza di materiale non magnetico modifica lo spettro dei modi di spin. Oltre a questi due tipi di sistemi, è stato analizzato anche un campione composto da due dot di forma ellittica e di materiale diverso separati tra loro. Tale studio è stato fatto sia per lo stato fondamentale con configurazione ferromagnetica che configurazione antiferromagnetica. Infine, è stato possibile classificare i cristalli magnonici come nuova classe di meta materiali grazie all’introduzione di proprietà efficaci che descrivono le onde di spin.