Theory of magnon-plasmon polaritons in the layered structure metal–antiferromagnet–metal

Анотація

Представлено теоретичне дослідження поверхневих магнон-плазмон-поляритонів (MПП) у багатошаровій структурі, що складається з тонкої одноосьової антиферомагнітної (АФМ) плівки, затиснутої між двома немагнітними металами. Дослідження зосереджене на дисперсійному співвідношенні цих гібридних електромагнітних хвиль, з урахуванням впливу недіагональності тензора магнітної проникності, притаманного АФМ. На відміну від попередніх робіт, отримані результати показують, що в таких системах на основі АФМ взаємодія між E-хвилею та H-хвилею призводить до формування гібридизованих поляритонних станів, які неможливо розділити на незалежні хвильові моди. Зокрема, дисперсійне співвідношення змінюється з квадратичного на біквадратичне, утворюючи дві відмінні частотні гілки з анізотропно зумовленим зсувом частот. Ураховано частотну залежність тензора проникності АФМ, що дозволяє уточнити закон дисперсії. На високих частотах обидві гілки прямують до характерної межі, тоді як на нижчих частотах анізотропні ефекти стають більш вираженими. Для нижчих частот необхідно використовувати точне (нелінеаризоване) дисперсійне рівняння. Це рівняння (четвертого порядку за квадратом частоти) виведено; його розв’язки — чотири окремі гілки — проаналізовано. Ці розв’язки поділяються на дві групи: одна з них характеризується значною уявною частиною частоти, що призводить до сильного загасання, інша — містить лише дійсні розв’язки, які асимптотично наближаються до характерної частоти при великих хвильових числах. Отримані результати закладають основу для практичного застосування магнонно- та плазмонно-орієнтованих пристроїв нового покоління на базі АФМ, які працюють у терагерцовому діапазоні. Керованість і низькі втрати MПП у гетероструктурах на основі АФМ відкривають перспективні можливості для створення високочастотних хвилеводів, резонаторів і сенсорів.