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WO2012019806A1 - Method and assembly for exciting spin waves in magnetic solid bodies - Google Patents

Method and assembly for exciting spin waves in magnetic solid bodies Download PDF

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WO2012019806A1
WO2012019806A1 PCT/EP2011/059667 EP2011059667W WO2012019806A1 WO 2012019806 A1 WO2012019806 A1 WO 2012019806A1 EP 2011059667 W EP2011059667 W EP 2011059667W WO 2012019806 A1 WO2012019806 A1 WO 2012019806A1
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WO
WIPO (PCT)
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solid
magnetic
laser beam
domain wall
solid body
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Ceased
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PCT/EP2011/059667
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French (fr)
Inventor
Rudolf Schäfer
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Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Original Assignee
Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for spin wave excitation in ferromagnetic or ferrimagnetic solids, for example in a magnetic conductor or in a magnetic nanowire.
  • the invention is particularly applicable to signal and information transport based on propagating spin waves in electrical circuits and devices as well as in the field of logic circuit implementation.
  • spin In addition to an electrical charge, electrons have an intrinsic angular momentum, the so-called spin.
  • the spin system in this way in a magnetic solid can be excited by an external pulsating energy supply such that a collective movement of the spins in the form of a wave in the
  • Spin wave packets which can also be interpreted as spin wave current, can transport signals and information in the solid state, which conventionally can only be realized by electrical currents or light in optical fibers (for example glass fibers).
  • the heat input caused by the laser light is utilized in the
  • the heat input changes the exchange coupling between the layers, thereby exciting spin waves. Since the heat input to a permanent, non-reversible change of the material and thus the
  • the invention has for its object to provide a method for spin wave excitation, can be stimulated with the spin wave types of the same type reproducible in simply constructed solids without the use of electrical currents, magnetic fields and heat effects. Included in this task is the creation of an advantageously usable for carrying out the new method arrangement.
  • the inventive method is characterized in that a locally fixed in a magnetic solid domain wall is illuminated using the inverse magneto-optical gradient effect with polarized pulsed laser light, the illumination in vertical incidence in magnetized in the plane of the solid domains and in oblique incidence in Trap is made perpendicular to the solid state level of magnetized domains.
  • the inverse magneto-optical gradient effect is used according to the invention. This is a reversal of the direct
  • the present invention is based on the idea of inverting the gradient effect.
  • a planar-magnetized domain structure is illuminated perpendicularly with linearly polarized light, or a perpendicularly magnetized one
  • Domain structure obliquely illuminated with linearly polarized light, which may be (but not necessarily) previously polarized by means of a phase shifter elliptical or circular.
  • the occurring inverse gradient effect causes a suitable direction of rotation of the incident light and with a suitable orientation of the domain wall according to the dielectric law of
  • Gradient effect a change of existing magnetization gradients, which in particular affects existing domain walls.
  • a gradient change is caused by the magnetization slightly rotating in the immediate vicinity of the wall.
  • spin waves are triggered on both sides of the wall, which then propagate away from the wall in the ferro- or ferrimagnetic solid.
  • Gradient effect and thus for the function of the method according to the invention is that illuminated with the polarized pulsed laser light Domain wall is fixed locally in the magnetic solid.
  • domain walls are known not fixed, but relatively easy to move.
  • the present invention includes useful technical measures for fixing the domain wall in the solid state.
  • Another essential feature of the invention is that the locally fixed domain wall is illuminated with the polarized pulsed laser light while avoiding heat input into the solid.
  • Avoiding a heat input into the solid can be realized in an expedient manner by means of the choice of the wavelength, the pulse duration and / or the fluence of the pulsed laser light.
  • linearly polarized, elliptically polarized or circularly polarized pulsed laser light is used to illuminate the solid.
  • the laser light may be a pulsed laser beam with a pulse duration in the picosecond or femtosecond range.
  • the polarization direction or the direction of polarization of the laser beam can be changed during illumination.
  • a magnetic solid a ferromagnetic or ferrimagnetic material is used, in which the laser-light-illuminated domain wall by a material processing by means of embossing or bending of the solid or by a local change of the magnetic properties by
  • the inventive arrangement for exciting spin waves in a magnetic solid contains a pulsed laser source for illuminating a locally fixed in a solid domain wall with a polarized laser beam, wherein the pulse laser source is a femtosecond or picosecond laser.
  • a device for changing the polarization of the laser beam is arranged in the laser beam.
  • This device can be a phase shifter with which a linear or elliptical or circular polarization of the laser light can be set.
  • a device for changing the focus of the laser beam is also arranged in the laser beam.
  • a further feature of the arrangement according to the invention is that the laser beam can be directed onto the surface of the solid by means of a pivotable pulse laser source or by means of a mirror arrangement in a vertical or oblique incidence.
  • the inventive method has several advantages over the prior art.
  • a significant advantage is that spin waves are excited optically by illumination with a pulsed laser. As a result, no electric currents for magnetic field generation are required and it eliminates the known solutions adhering adverse heating due to the current flow. Another advantage is that the direct nature of the excitation eliminates the time delays inherent in the prior art. A further advantage is that no electrical conductors for spin wave generation are required. The electrical switching and logic circuits can thus be made less complex and it is a higher integration density possible.
  • Modified heat exchange layer-coupled layer systems the present invention also has advantages.
  • a significant advantage is that Layer systems are not required, since according to the invention the spin waves in
  • Fig. 1 the schematic diagram of an arrangement for exciting spin waves
  • Figure 2 three examples of further suitable for spin wave excitation
  • Fig. 1 The arrangement shown in Fig. 1 is used to excite spin waves in a consisting of a ferromagnetic material solid, the one
  • the ferromagnetic material is NisiFei9 (permalloy).
  • the spin waveguide 1 and has a locally fixed domain wall 2, which separates two perpendicularly magnetized domains.
  • the local fixation of the domain wall has been done by ion implantation.
  • the pulsed laser source 3 generates a pulsed laser beam with a pulse duration in the picosecond range, with which the locally fixed domain wall 2 is illuminated.
  • the pulse laser source 3 is by means of a not shown in the drawing
  • the laser beam in vertical incidence in the case of the present in the example parallel to the spin waveguide track plane magnetized domains or in oblique incidence with domains magnetized perpendicular to the plane of the spin waveguide path aligned with the domain wall.
  • the arrangement comprises a first means 5 for changing the polarization of the laser beam, which is a phase shifter with which an elliptical or a circular polarization of the laser light can be adjusted.
  • the condition of avoiding heat input into the solid body is by means of the choice of the wavelength, the pulse duration and / or the fluence of the pulsed one
  • the generated spin wave is advantageously used for signal and information transport in the spin waveguide 1.
  • the spin waveguide tracks shown in FIG. 2 consist of ferromagnetic or ferrimagnetic material and each have a locally fixed domain wall 2.
  • Domain wall 2 realized by means of an embossing.
  • the local fixation of the domain wall 2 is realized in a simple manner by means of a turn.
  • the lower spin waveguide path is the
  • Domains wall 2 fixed in a circular disk-shaped end of the conductor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and assembly for spin wave excitement in ferro- or ferrimagnetic solid bodies, such as in a magnetic conductor path or in a magnetic nanowire. The invention is in particular applicable for signal and information transport on the basis of propagating spin waves in electrical switch circuits and components and in the field of the implementation of logical circuits. The aim of the invention is to provide a method for spin wave excitation by means of which spin wave types of the same type can be reproducibly excited in simply structured solid bodies without using electrical currents, magnetic fields and heat effects. Included in said aim is the creation of an advantageously usable assembly for carrying out the novel method. The method according to the invention is characterized in that a domain wall, spatially fixed in a magnetic solid body, is illuminated by polarized, pulsed laser light using the inverse magneto-optical gradient effect, wherein the illumination of the domain wall takes place in vertical incidence in the case of magnetized domains in the plane of the solid body and in angled incidence in the case of magnetized domains perpendicular to the solid body plane, especially avoiding heat input into the solid body.

Description

Verfahren und Anordnung zur Anregung von Spinwellen in magnetischen Festkörpern  Method and arrangement for exciting spin waves in magnetic solids

Technisches Gebiet Technical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Spinwellenanregung in ferro- oder ferrimagnetischen Festkörpern, beispielsweise in einer magnetischen Leiterbahn oder in einem magnetischen Nanodraht. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zum Signal- und Informationstransport auf der Basis propagierender Spinwellen in elektrischen Schaltkreisen und Bauelementen sowie im Bereich der Realisierung von logischen Schaltungen. The invention relates to a method and an arrangement for spin wave excitation in ferromagnetic or ferrimagnetic solids, for example in a magnetic conductor or in a magnetic nanowire. The invention is particularly applicable to signal and information transport based on propagating spin waves in electrical circuits and devices as well as in the field of logic circuit implementation.

Stand der Technik State of the art

Elektronen besitzen neben einer elektrischen Ladung einen Eigendrehimpuls, den so genannten Spin. Das auf diese Weise in einem magnetischen Festkörper bestehende Spinsystem kann durch eine externe pulsierende Energiezufuhr derart angeregt werden, dass sich eine kollektive Bewegung der Spins in Form einer Welle im  In addition to an electrical charge, electrons have an intrinsic angular momentum, the so-called spin. The spin system in this way in a magnetic solid can be excited by an external pulsating energy supply such that a collective movement of the spins in the form of a wave in the

Festkörper ausbildet und beispielsweise als Spinwellenpaket fortpflanzt. Dies ist sowohl in elektrisch leitfähigen magnetischen Festkörpern als auch in elektrisch isolierenden magnetischen Festkörpern möglich. Durch sich ausbreitende Solid forms and propagates example as a spin wave packet. This is possible both in electrically conductive magnetic solids and in electrically insulating magnetic solids. By spreading

Spinwellenpakete, die man auch als Spinwellenstrom interpretieren kann, können Signale und Informationen im Festkörper transportiert werden, was konventionell nur durch elektrische Ströme oder Licht in Lichtleitern (z.B. Glasfasern) realisierbar ist. Spin wave packets, which can also be interpreted as spin wave current, can transport signals and information in the solid state, which conventionally can only be realized by electrical currents or light in optical fibers (for example glass fibers).

Es ist bereits bekannt, Spinwellen mittels magnetischer Wechselfelder anzuregen. Beispielweise wurden dazu an die beiden Enden eines Streifens aus dem It is already known to excite spin waves by means of alternating magnetic fields. For example, to the two ends of a strip from the

magnetischen Material Ni8iFeig (Permalloy) sinusförmige magnetische Wechselfelder im GHz-Bereich angelegt. Dabei führt die durch den Permalloystreifen gepumpte Energie zur Anregung der Spinwellen (S. J. Hermsdörfer, Untersuchungen zur Wechselwirkung von Spinwellen und Domänenwänden in dünnen magnetischen Strukturen, Dissertation Dezember 2009, S. 70-75, Technische Universität magnetic material Ni 8 iFeig (permalloy) sinusoidal alternating magnetic fields applied in the GHz range. The energy pumped by the permalloy stripe leads to the excitation of the spin waves (SJ Hermsdörfer, Investigations to the Interaction of Spin Waves and Domain Walls in Thin Magnetic Structures, Dissertation December 2009, pp. 70-75, Technical University

Kaiserslautern). Bekannt ist auch die Anregung von Spinwellen durch Einwirkung von Mikrowellen auf magnetische Festkörper (M. Rohmer, Untersuchungen an mikrowellenangeregten Spinwellen, Diplomarbeit April 1998, Technische Universität Kaiserslautern). Kaiserslautern). Also known is the excitation of spin waves by the action of microwaves on magnetic solids (M. Rohmer, investigations on microwave-excited spin waves, diploma thesis April 1998, University of Kaiserslautern).

Bekannt ist weiterhin die Erzeugung von Spinwellen durch die Magnetfeldanregung magnetischer Wirbel und Gegenwirbel in kreisförmig ausgebildeten magnetischen Schichtelementen. Die angeregten Wirbel generieren dabei in einem angekoppelten Nanodraht Spinwellen (US 2008/0231392 A1 ; WO 2007/037625 A1 ). Furthermore, the generation of spin waves by the magnetic field excitation of magnetic vortices and counter-vortices in circular magnetic layer elements is known. The excited vortices generate spin waves in a coupled nanowire (US 2008/0231392 A1, WO 2007/037625 A1).

Weiterhin ist es bekannt, Spinwellen durch die Methode des Spinpumpens in den Festkörper zu übertragen. Dabei wird ein Spindrehmoment, welches aus einer magnetfeld-induzierten Präzessionsbewegung der Magnetisierung herrührt, auf den Spin der Leitungselektronen des magnetischen Festkörpers übertragen. Durch die Nutzung von Metall/Isolator Grenzschichten ist es möglich, damit auch in elektrisch isolierenden magnetischen Festkörpern Spinwellen zu erzeugen (Y. Kajiwara et al., Transmission of electrical Signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator, Nature 464, 2010). Furthermore, it is known to transfer spin waves by the method of spin pumping into the solid state. In this case, a spin torque, which results from a magnetic field-induced precession movement of the magnetization, is transmitted to the spin of the conduction electrons of the magnetic solid. The use of metal / insulator boundary layers makes it possible to produce spin waves in electrically insulating magnetic solids as well (Y. Kajiwara et al., Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator, Nature 464, 2010).

Bei allen diesen bekannten Verfahren wird ein elektrischer Strom in ein Magnetfeld umgewandelt, welches schließlich das Spinsignal erzeugt. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass In all these known methods, an electric current is converted into a magnetic field, which finally generates the spin signal. These methods have the disadvantage that

(i) durch die notwendigen elektrischen Ströme eine oft erhebliche Erwärmung des Bauelementes auftritt,  (i) the necessary electrical currents often cause considerable heating of the component,

(ii) durch die indirekte Erzeugung der Spinwellen über elektrische Ströme eine  (ii) by the indirect generation of the spin waves via electric currents

Zeitverzögerung auftritt, welche die Geschwindigkeit von elektrischen Schaltungen begrenzt und Time delay occurs, which limits the speed of electrical circuits and

(iii) der nicht-lokale Charakter der anregenden Magnetfelder sowie eine erforderliche Mindestgröße der Leiterbahnen, in welchen ein elektrischer Strom ein anregendes Magnetfeld erzeugt, einer sehr hohen räumlichen Integrationsdichte der spinwellen- generierenden Elemente entgegensteht. Es ist auch bereits eine Methode zur Anregung von Spinwellen durch einen gepulsten Laserstrahl in austauschgekoppelten Schichten bekannt (Keoki A. Seu, Hailong Huang, and Anne C. Reilly: Ultrafast laser excitation of spin waves by permanent modification of the exchange bias interaction in IRMn/Co, cond-mat.mtrl-sci, 04. Nov. 2005, S. 1 - 5). Die austauschgekoppelten Schichten bilden dabei einen Verbund aus einer ferromagnetischen Schicht und einer antiferromagnetischen Schicht, wobei das Laserlicht insbesondere mit der Grenzschicht des Schichtsystems wechselwirkt. (iii) the non-local character of the exciting magnetic fields and a required minimum size of the interconnects in which an electric current generates a stimulating magnetic field preclude a very high spatial integration density of the spin-wave generating elements. A method for exciting spin waves by a pulsed laser beam in exchange coupled layers has also been known (Keoki A. Seu, Hailong Huang, and Anne C. Reilly: Ultrafast laser excitation of spin waves by permanent modification of the exchange bias interaction in IRMn / Co, cond-mat.mtrl-sci, 04 Nov. 2005, p. 1-5). The exchange-coupled layers form a composite of a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer, wherein the laser light interacts in particular with the boundary layer of the layer system.

Ausgenutzt wird hierbei der vom Laserlicht bewirkte Wärmeeintrag in das In this case, the heat input caused by the laser light is utilized in the

Schichtsystem. Der Wärmeintrag verändert die Austauschkopplung zwischen den Schichten, wodurch Spinwellen angeregt werden. Da der Wärmeeintrag zu einer permanenten, nicht reversiblen Veränderung des Materials und damit der Layer system. The heat input changes the exchange coupling between the layers, thereby exciting spin waves. Since the heat input to a permanent, non-reversible change of the material and thus the

Austauschkopplung führt, kann mit dieser Methode jeweils nur einmalig, d.h. nichtreproduzierbar, ein bestimmter Spinwellentyp angeregt werden. Exchange coupling can, with this method only once, i. non-reproducible, a particular type of spin wave can be stimulated.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Spinwellenanregung zu schaffen, mit dem Spinwellentypen des gleichen Typs reproduzierbar in einfach aufgebauten Festkörpern ohne die Nutzung elektrischer Ströme, magnetischer Felder und Wärmeeffekte angeregt werden können. Eingeschlossen in diese Aufgabe ist die Schaffung einer zur Durchführung des neuen Verfahrens vorteilhaft einsetzbaren Anordnung. The invention has for its object to provide a method for spin wave excitation, can be stimulated with the spin wave types of the same type reproducible in simply constructed solids without the use of electrical currents, magnetic fields and heat effects. Included in this task is the creation of an advantageously usable for carrying out the new method arrangement.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen enthaltenen Merkmalen gelöst, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Ansprüche im Sinne einer UND-Verknüpfung mit einschließt. This object is achieved with the features contained in the patent claims, wherein the invention also includes combinations of the individual dependent claims in terms of an AND operation.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem magnetischen Festkörper örtlich fixierte Domänenwand unter Nutzung des inversen magneto-optischen Gradienteneffektes mit polarisiertem gepulsten Laserlicht beleuchtet wird, wobei die Beleuchtung in senkrechter Inzidenz bei in der Ebene des Festkörpers magnetisierten Domänen und in schräger Inzidenz im Falle senkrecht zur Festkörperebene magnetisierter Domänen vorgenommen wird. Zur Anregung der Spinwellen wird erfindungsgemäß der inverse magneto-optische Gradienteneffekt genutzt. Dabei handelt es sich um eine Umkehr des direkten The inventive method is characterized in that a locally fixed in a magnetic solid domain wall is illuminated using the inverse magneto-optical gradient effect with polarized pulsed laser light, the illumination in vertical incidence in magnetized in the plane of the solid domains and in oblique incidence in Trap is made perpendicular to the solid state level of magnetized domains. In order to excite the spin waves, the inverse magneto-optical gradient effect is used according to the invention. This is a reversal of the direct

Gradienteneffektes, eines magneto-optischen Doppelbrechungseffektes, der von lokalen Änderungen der Magnetisierung hervorgerufen wird. Der direkte Gradient effect, a magneto-optical birefringence effect, which is caused by local changes in the magnetization. The direct

Gradienteneffekt äußert sich als Linienkontrast am Ort einer Domänenwand in einem ferro- oder ferrimagnetischen Material, wenn man die Wand - entsprechend der Symmetrie des Effektes - geeignet in einem optischen Polarisationsmikroskop mit linear polarisiertem Licht beleuchtet (R. Schäfer and A. Hubert, A new magnetooptical effect related to non-uniform magnetization on the surface of a ferromagnet. Phys. Stat. Sol.(a) 118, 271 -288 (1990) und R. Schäfer, C. Hamann, J. McCord, L. Schultz and V. Kambersky, Magnetooptical gradient effect in exchange-biased thin film: Gradient effect manifests itself as a line contrast at the location of a domain wall in a ferromagnetic or ferrimagnetic material, if the wall is suitably illuminated in a polarizing optical microscope with linearly polarized light, according to the symmetry of the effect (R. Schäfer and A. Hubert, A new magnetooptical Physic Stat. Sol. (a) 118, 271 -288 (1990) and R. Schaefer, C. Hamann, J. McCord, L. Schultz and V. The invention relates to non-uniform magnetization on the surface of a ferromagnet. Kambersky, Magnetooptical gradient effect in exchange-biased thin film:

experimental evidence for classical diffraction theory. Submitted to New Journal of Phys. (2010) ). Das am Ort der Domänenwand reflektierte Licht ist dabei oft elliptisch polarisiert. experimental evidence for classical diffusion theory. Submitted to New Journal of Phys. (2010)). The reflected light at the site of the domain wall is often elliptically polarized.

Die vorliegende Erfindung geht von der Idee aus, den Gradienteneffekt zu invertieren. Erfindungsgemäß wird dazu eine planar-magnetisierte Domänenstruktur senkrecht mit linear polarisiertem Licht beleuchtet, oder eine senkrecht magnetisierte The present invention is based on the idea of inverting the gradient effect. According to the invention, a planar-magnetized domain structure is illuminated perpendicularly with linearly polarized light, or a perpendicularly magnetized one

Domänenstruktur schräg mit linear polarisiertem Licht beleuchtet, welches man eventuell (aber nicht notwendigerweise) vorher mittels eines Phasenschiebers elliptisch oder zirkulär polarisiert. Der dabei auftretende inverse Gradienteneffekt bewirkt bei geeigneter Drehrichtung des einfallenden Lichtes und bei geeigneter Orientierung der Domänenwand entsprechend dem dielektrischen Gesetz des Domain structure obliquely illuminated with linearly polarized light, which may be (but not necessarily) previously polarized by means of a phase shifter elliptical or circular. The occurring inverse gradient effect causes a suitable direction of rotation of the incident light and with a suitable orientation of the domain wall according to the dielectric law of

Gradienteneffektes eine Änderung vorhandener Magnetisierungsgradienten, was sich insbesondere auf vorhandene Domänenwände auswirkt. Am Ort einer Domänenwand wird eine Gradientenänderung dadurch hervorgerufen, dass sich die Magnetisierung in unmittelbarer Umgebung der Wand etwas dreht. Dadurch werden zu beiden Seiten der Wand Spinwellen ausgelöst, die sich dann von der Wand weg im ferro- oder ferrimagnetischen Festkörper ausbreiten. Gradient effect a change of existing magnetization gradients, which in particular affects existing domain walls. At the site of a domain wall, a gradient change is caused by the magnetization slightly rotating in the immediate vicinity of the wall. As a result, spin waves are triggered on both sides of the wall, which then propagate away from the wall in the ferro- or ferrimagnetic solid.

Ein wesentliches Merkmal für die Nutzung des inversen magneto-optischen An essential feature for the use of the inverse magneto-optical

Gradienteneffektes und damit für die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die mit dem polarisierten gepulsten Laserlicht beleuchtete Domänenwand in dem magnetischen Festkörper örtlich fixiert ist. In der Regel sind Domänenwände bekanntlich nicht fixiert, sondern relativ leicht beweglich. Die vorliegende Erfindung beinhaltet zweckmäßige technische Maßnahmen zum Fixieren der Domänenwand im Festkörper. Gradient effect and thus for the function of the method according to the invention is that illuminated with the polarized pulsed laser light Domain wall is fixed locally in the magnetic solid. As a rule, domain walls are known not fixed, but relatively easy to move. The present invention includes useful technical measures for fixing the domain wall in the solid state.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die örtlich fixierte Domänenwand unter Vermeidung eines Wärmeeintrages in den Festkörper mit dem polarisierten gepulsten Laserlicht beleuchtet wird. Die Bedingung der Another essential feature of the invention is that the locally fixed domain wall is illuminated with the polarized pulsed laser light while avoiding heat input into the solid. The condition of

Vermeidung eines Wärmeeintrages in den Festkörper kann in zweckmäßiger Weise mittels der Wahl der Wellenlänge, der Pulsdauer und/oder der Fluenz des gepulsten Laserlichtes realisiert werden. Avoiding a heat input into the solid can be realized in an expedient manner by means of the choice of the wavelength, the pulse duration and / or the fluence of the pulsed laser light.

Gemäß der Erfindung wird zur Beleuchtung des Festkörpers linear polarisiertes, elliptisch polarisiertes oder zirkulär polarisiertes gepulstes Laserlicht verwendet. According to the invention, linearly polarized, elliptically polarized or circularly polarized pulsed laser light is used to illuminate the solid.

Das Laserlicht kann ein gepulster Laserstrahl mit einer Pulsdauer im Picosekunden- oder Femtosekundenbereich sein. The laser light may be a pulsed laser beam with a pulse duration in the picosecond or femtosecond range.

Die Polarisationsrichtung oder der Polarisationsdrehsinn des Laserstrahls kann während der Beleuchtung gewechselt werden. The polarization direction or the direction of polarization of the laser beam can be changed during illumination.

Als magnetischer Festkörper wird ein ferro- oder ferrimagnetisches Material verwendet, in dem die mit dem Laserlicht beleuchtete Domänenwand durch eine Materialbearbeitung mittels einer Prägung oder Abbiegung des Festkörpers oder durch eine lokale Veränderung der magnetischen Eigenschaften mittels As a magnetic solid, a ferromagnetic or ferrimagnetic material is used, in which the laser-light-illuminated domain wall by a material processing by means of embossing or bending of the solid or by a local change of the magnetic properties by

Ionenimplantation oder mittels Eintempern der Domänenwand mittels einer Ion implantation or by tempering the domain wall by means of a

Wärmebehandlung örtlich fixiert ist. Heat treatment is fixed locally.

Erfindungsgemäß erfolgt zur Erzeugung von Spinwellen mit unterschiedlicher According to the invention takes place to produce spin waves with different

Charakteristik die Beleuchtung auf Domänenwände mit dementsprechend Characteristic lighting on domain walls with accordingly

unterschiedlichem Charakter, nämlich einer örtlich fixierten Domänenwand mit Neelcharakter oder mit Stachelwandcharakter oder mit Blochcharakter oder mit asymmetrischem Blochcharakter oder mit Wirbelcharakter. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Anregung von Spinwellen in einem magnetischen Festkörper enthält eine Pulslaserquelle zur Beleuchtung einer in einem Festkörper örtlich fixierten Domänenwand mit einem polarisierten Laserstrahl, wobei die Pulslaserquelle ein Femtosekunden- oder Pikosekundenlaser ist. different character, namely a locally fixed domain wall with Neelcharakter or with spiked wall character or with Bloch character or with asymmetric Bloch character or vortex character. The inventive arrangement for exciting spin waves in a magnetic solid contains a pulsed laser source for illuminating a locally fixed in a solid domain wall with a polarized laser beam, wherein the pulse laser source is a femtosecond or picosecond laser.

Erfindungsgemäß ist im Laserstrahl eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des Laserstrahls angeordnet. Diese Einrichtung kann ein Phasenschieber sein, mit dem eine lineare oder elliptische oder zirkuläre Polarisation des Laserlichtes eingestellt werden kann. According to the invention, a device for changing the polarization of the laser beam is arranged in the laser beam. This device can be a phase shifter with which a linear or elliptical or circular polarization of the laser light can be set.

Erfindungsgemäß ist im Laserstrahl auch eine Einrichtung zur Veränderung des Fokusses des Laserstrahls angeordnet. According to the invention, a device for changing the focus of the laser beam is also arranged in the laser beam.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass der Laserstrahl mittels einer schwenkbar ausgebildeten Pulslaserquelle oder mittels einer Spiegelanordnung in senkrechter oder in schräger Inzidenz auf die Oberfläche des Festkörpers richtbar ist. A further feature of the arrangement according to the invention is that the laser beam can be directed onto the surface of the solid by means of a pivotable pulse laser source or by means of a mirror arrangement in a vertical or oblique incidence.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile auf. The inventive method has several advantages over the prior art.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass Spinwellen optisch durch Beleuchtung mit einem gepulsten Laser angeregt werden. Dadurch sind keine elektrischen Ströme zur Magnetfelderzeugung erforderlich und es entfällt die den bekannten Lösungen anhaftende nachteilige Erwärmung infolge des Stromdurchflusses. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die direkte Art der Anregung die dem Stand der Technik anhaftenden Zeitverzögerungen wegfallen. Vorteilhaft ist weiterhin, dass keine elektrischen Leiterbahnen zur Spinwellenerzeugung erforderlich sind. Die elektrischen Schalt- und Logikkreise können dadurch weniger komplex gestaltet werden und es ist eine höhere Integrationsdichte möglich.  A significant advantage is that spin waves are excited optically by illumination with a pulsed laser. As a result, no electric currents for magnetic field generation are required and it eliminates the known solutions adhering adverse heating due to the current flow. Another advantage is that the direct nature of the excitation eliminates the time delays inherent in the prior art. A further advantage is that no electrical conductors for spin wave generation are required. The electrical switching and logic circuits can thus be made less complex and it is a higher integration density possible.

Gegenüber der bekannten Methode zur Spinwellenanregung, bei der durch einen gepulsten Laserstrahl die Austauschkopplung an der Grenzschicht von Compared to the known method for spin wave excitation, in which by a pulsed laser beam exchange coupling at the boundary layer of

austauschgekoppelten Schichtsystemen mittels Wärmeeintrag modifiziert wird, hat die vorliegende Erfindung ebenfalls Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass Schichtsysteme nicht erforderlich sind, da erfindungsgemäß die Spinwellen in Modified heat exchange layer-coupled layer systems, the present invention also has advantages. A significant advantage is that Layer systems are not required, since according to the invention the spin waves in

Einfachschichten erzeugt werden. Hinzu kommt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Wärmeeffekte für die Spinwellenerzeugung angewiesen ist, welche zudem zu permanenten Änderungen des Materials führen. Erfindungsgemäß werden die Simple layers are generated. In addition, the present invention does not rely on heat effects for spin wave generation, which also lead to permanent changes in the material. According to the invention

Spinwellen rein optisch, also völlig athermisch erzeugt. Auf Grund der Tatsache, dass bei der vorliegenden Erfindung keine permanente Änderung des Materials eintritt, wird das Verfahren nicht auf die einmalige Anregung nur eines bestimmten Spinwellentyps fixiert. Spin waves purely optically, thus generated completely athermisch. Due to the fact that in the present invention, no permanent change of the material occurs, the method is not fixed to the single excitation only a certain spin wave type.

Ausführungsbeispiele  embodiments

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show

Fig. 1 : die Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Anregung von Spinwellen Fig. 1: the schematic diagram of an arrangement for exciting spin waves

magnetischen Spinwellenleiterbahn,  magnetic spin waveguide,

Figur 2: drei Beispiele von weiteren zur Spinwellenanregung geeigneten Figure 2: three examples of further suitable for spin wave excitation

magnetischen Spinwellenleiterbahnen.  magnetic spin waveguide tracks.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung dient zur Anregung von Spinwellen in einem aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Festkörper, der eine The arrangement shown in Fig. 1 is used to excite spin waves in a consisting of a ferromagnetic material solid, the one

Spinwellenleiterbahn 1 ist. Bei dem ferromagnetischen Material handelt es sich um NisiFei9 (Permalloy). Spin waveguide 1 is. The ferromagnetic material is NisiFei9 (permalloy).

Die Spinwellenleiterbahn 1 und weist eine örtlich fixierte Domänenwand 2 auf, welche zwei senkrecht zueinander magnetisierte Domänen trennt. Die örtliche Fixierung der Domänenwand ist hierbei mittels Ionenimplantation vorgenommen worden. The spin waveguide 1 and has a locally fixed domain wall 2, which separates two perpendicularly magnetized domains. The local fixation of the domain wall has been done by ion implantation.

Die Pulslaserquelle 3 erzeugt einen gepulsten Laserstrahl mit einer Pulsdauer im Picosekundenbereich, mit dem die örtlich fixierte Domänenwand 2 beleuchtet wird. The pulsed laser source 3 generates a pulsed laser beam with a pulse duration in the picosecond range, with which the locally fixed domain wall 2 is illuminated.

Die Pulslaserquelle 3 ist mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten The pulse laser source 3 is by means of a not shown in the drawing

mechanischen oder optischen Vorrichtung über einen Winkel 4 schwenkbar mechanical or optical device via an angle 4 pivotally

ausgeführt. Damit wird der Laserstrahl in senkrechter Inzidenz im Falle der im Beispiel vorliegenden parallel zur Spinwellenleiterbahnebene magnetisierten Domänen oder in schräger Inzidenz bei senkrecht zur Ebene der Spinwellenleiterbahn magnetisierten Domänen auf die Domänenwand ausgerichtet. executed. Thus, the laser beam in vertical incidence in the case of the present in the example parallel to the spin waveguide track plane magnetized domains or in oblique incidence with domains magnetized perpendicular to the plane of the spin waveguide path aligned with the domain wall.

Im Laserstrahl weist die Anordnung eine erste Einrichtung 5 zur Veränderung der Polarisation des Laserstrahls auf, welche ein Phasenschieber ist, mit dem eine elliptische oder eine zirkuläre Polarisation des Laserlichtes eingestellt werden kann. In the laser beam, the arrangement comprises a first means 5 for changing the polarization of the laser beam, which is a phase shifter with which an elliptical or a circular polarization of the laser light can be adjusted.

Außerdem weist die Anordnung im Laserstrahl noch eine zweite Einrichtung 6 auf, mit der der Fokus des Laserstrahls verändert werden kann. In addition, the arrangement in the laser beam on a second means 6, with which the focus of the laser beam can be changed.

Mit dem polarisierten gepulsten Laserlicht erfolgt an der in der Spinwellenleiterbahn 1 örtlich fixierten Domänenwand 2 ein dosierter Energieeintrag, der eine kollektive Bewegung der am Ort der Domänenwand in der Leiterbahn vorhandenen Spins in Form einer Welle auslöst, der aber so dosiert ist, dass er keinen Wärmeeintrag verursacht. Dabei findet faktisch eine Umkehr des bekannten magneto-optischen Gradienteneffektes statt. With the polarized pulsed laser light takes place at the spatially fixed in the Spinwellenleiterbahn 1 domain wall 2 a metered energy input, which triggers a collective movement of existing at the location of the domain wall in the track spins in the form of a wave, but which is metered so that he no heat input caused. In fact, there is a reversal of the known magneto-optical gradient effect.

Die Bedingung der Vermeidung eines Wärmeeintrages in den Festkörper wird mittels der Wahl der Wellenlänge, der Pulsdauer und/oder der Fluenz des gepulsten The condition of avoiding heat input into the solid body is by means of the choice of the wavelength, the pulse duration and / or the fluence of the pulsed one

Laserlichtes realisiert. Laser light realized.

Die erzeugte Spinwelle wird vorteilhaft zum Signal- und Informationstransport in der Spinwellenleiterbahn 1 genutzt. Die in Fig. 2 dargestellten Spinwellenleiterbahnen bestehen aus ferro- oder ferrimagnetischem Material und weisen jeweils eine örtlich fixierte Domänenwand 2 auf. Bei der oberen Spinwellenleiterbahn ist die örtliche Fixierung der The generated spin wave is advantageously used for signal and information transport in the spin waveguide 1. The spin waveguide tracks shown in FIG. 2 consist of ferromagnetic or ferrimagnetic material and each have a locally fixed domain wall 2. In the upper spin waveguide, the local fixation of the

Domänenwand 2 mittels einer Prägung realisiert. Bei der darunter dargestellten Spinwellenleiterbahn ist die örtliche Fixierung der Domänenwand 2 in einfacher Weise mit Hilfe einer Abbiegung realisiert. Bei der unteren Spinwellenleiterbahn ist dieDomain wall 2 realized by means of an embossing. In the Spinwellenleiterbahn shown below, the local fixation of the domain wall 2 is realized in a simple manner by means of a turn. In the lower spin waveguide path is the

Domänenwand 2 in einem kreisscheibenförmig geformten Ende der Leiterbahn fixiert. Domains wall 2 fixed in a circular disk-shaped end of the conductor.

Claims

Patentansprüche  claims Verfahren zur Anregung von Spinwellen in magnetischen Festkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem magnetischen Festkörper örtlich fixierte Domänenwand unter Nutzung des inversen magneto-optischen Method for exciting spin waves in magnetic solids, characterized in that a locally fixed in a magnetic solid domain wall using the inverse magneto-optical Gradienteneffektes mit polarisiertem gepulsten Laserlicht beleuchtet wird, wobei die Beleuchtung in senkrechter Inzidenz bei in der Ebene des Festkörpers magnetisierten Domänen und in schräger Inzidenz im Falle senkrecht zur Festkörperebene magnetisierter Domänen vorgenommen wird. Gradient effect is illuminated with polarized pulsed laser light, wherein the illumination is made in vertical incidence in the plane of the solid magnetized domains and in oblique incidence in the case of perpendicular to the solid state level magnetized domains. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich fixierte Domänenwand unter Vermeidung eines Wärmeeintrages in den Festkörper mit dem polarisierten gepulsten Laserlicht beleuchtet wird. A method according to claim 1, characterized in that the locally fixed domain wall is illuminated while avoiding a heat input into the solid body with the polarized pulsed laser light. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung der Vermeidung eines Wärmeeintrages in den Festkörper mittels der Wahl der Wellenlänge, der Pulsdauer und/oder der Fluenz des gepulsten Laserlichtes realisiert wird. A method according to claim 2, characterized in that the condition of avoiding a heat input into the solid body by means of the choice of the wavelength, the pulse duration and / or the fluence of the pulsed laser light is realized. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung des Festkörpers linear polarisiertes, elliptisch polarisiertes oder zirkulär polarisiertes gepulstes Laserlicht verwendet wird. Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that for illuminating the solid linearly polarized, elliptically polarized or circularly polarized pulsed laser light is used. 5. Verfahren nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung ein gepulster Laserstrahl mit einer Pulsdauer im Picosekunden- oder Femtosekundenbereich verwendet wird.  in that a pulsed laser beam with a pulse duration in the picosecond or femtosecond range is used for illumination. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung oder der Polarisationsdrehsinn des Laserstrahls während der Beleuchtung gewechselt wird.  characterized in that the polarization direction or the polarization direction of rotation of the laser beam is changed during the lighting. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch 7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized gekennzeichnet, dass als magnetischer Festkörper ein ferro- oder  characterized in that as a magnetic solid a ferro- or ferrimagnetisches Material verwendet wird.  ferrimagnetic material is used. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized gekennzeichnet, dass ein Festkörper verwendet wird, in dem die mit dem Laserlicht beleuchtete Domänenwand durch eine Materialbearbeitung mittels einer Prägung oder Abbiegung des Festkörpers oder durch eine lokale  in that a solid body is used in which the domain wall illuminated by the laser light is processed by material processing by means of embossing or bending of the solid or by a local process Veränderung der magnetischen Eigenschaften mittels Ionenimplantation oder mittels Eintempern der Domänenwand mittels einer Wärmebehandlung örtlich fixiert ist.  Changing the magnetic properties by means of ion implantation or by means of annealing the domain wall by means of a heat treatment is fixed locally. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch 9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Spinwellen mit unterschiedlicher Charakteristik die Beleuchtung erfolgt auf Domänenwände mit  characterized in that to generate spin waves with different characteristics, the illumination takes place on domain walls dementsprechend unterschiedlichem Charakter, nämlich einer örtlich fixierten Domänenwand mit Neelcharakter oder mit Stachelwandcharakter oder mit Blochcharakter oder mit asymmetrischem Blochcharakter oder mit  accordingly different character, namely a locally fixed domain wall with Neelcharakter or with spiked wall character or with Blochcharakter or with asymmetrical Bloch character or with Wirbelcharakter.  Vortex character. 10. Anordnung zur Anregung von Spinwellen in einem magnetischen 10. Arrangement for exciting spin waves in a magnetic Festkörper (1 ), gekennzeichnet durch eine Pulslaserquelle (3) zur  Solid body (1), characterized by a pulsed laser source (3) for Beleuchtung einer in einem Festkörper (1 ) örtlich fixierten Domänenwand (2) mit einem polarisierten Laserstrahl, wobei die Pulslaserquelle ein Femtosekunden- oder Pikosekundenlaser ist. Illumination of a fixed in a solid body (1) locally fixed domain wall (2) with a polarized laser beam, wherein the pulse laser source is a femtosecond or picosecond laser. 1 1 .Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Laserstrahl eine Einrichtung (5) zur Veränderung der Polarisation des Laserstrahls angeordnet ist. 1 1 .Anordnung according to claim 10, characterized in that in the laser beam means (5) for changing the polarization of the laser beam is arranged. 12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Einstellung der Veränderung der Polarisation des 12. Arrangement according to claim 10 or 1 1, characterized in that the means (5) for adjusting the change in the polarization of Laserstrahls ein Phasenschieber für die Einstellung einer linearen oder elliptischen oder zirkulären Polarisation des Laserlichtes ist.  Laser beam is a phase shifter for adjusting a linear or elliptical or circular polarization of the laser light. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Laserstrahl eine Einrichtung (6) zur Veränderung des Fokusses des Laserstrahls angeordnet ist. 13. Arrangement according to one of claims 10 to 12, characterized in that in the laser beam, a device (6) for changing the focus of the laser beam is arranged. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl mittels einer schwenkbar ausgebildeten Pulslaserquelle oder mittels einer Spiegelanordnung in senkrechter oder in schräger Inzidenz auf die Oberfläche des Festkörpers (1 ) richtbar ist. 14. Arrangement according to one of claims 10 to 13, characterized in that the laser beam can be directed by means of a pivotable pulse laser source or by means of a mirror arrangement in vertical or oblique incidence on the surface of the solid body (1).
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