Reflection and Refraction of Spin Waves

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	20 Dezember 2018
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Christian Back
Tag der Prüfung:	18 Dezember 2018
Institutionen:	Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Entpflichtete oder im Ruhestand befindliche Professoren > Lehrstuhl Professor Back > Arbeitsgruppe Christian Back
Stichwörter / Keywords:	magnetization dynamics, spin waves, Snell's law, Goos-Hänchen-like phase shift, TRMOKE, magnonics
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	38150

Zusammenfassung (Englisch)

In this thesis, wave effects associated with the refraction and reflection of plane, dipolar spin waves are investigated. All measurements are conducted with time-resolved scanning Kerr microscopy. This magneto-optical technique allows for imaging of phase-resolved magnetization dynamics in real space, thereby providing a direct access to wave characteristics: By fitting their interference ...

Zusammenfassung (Englisch)

In this thesis, wave effects associated with the refraction and reflection of plane, dipolar spin waves are investigated. All measurements are conducted with time-resolved scanning Kerr microscopy. This magneto-optical technique allows for imaging of phase-resolved magnetization dynamics in real space, thereby providing a direct access to wave characteristics: By fitting their interference pattern, wave vector, phase, and attenuation length can be quantified.
The anisotropic dispersion relation in the dipolar regime depends on the thickness of a ferromagnetic film. Therefore, a thickness step acts as a boundary between two media of different indices of refraction. In two related experiments, the refraction and reflection of spin waves at the interface between a thick Ni80Fe20 (Py) film and a thin Py film are investigated and Snell's law for spin waves is proven. In addition, the reflection of spin waves from an edge of a Py film is studied. There, the plane wave exhibits a phase shift reminiscent of the Goos-Hänchen shift.
All experiments provide valuable insight into the refraction and reflection of spin waves. Especially the study of refraction is interesting in the context of magnonics, where concepts to efficiently reduce wavelengths and steer spin waves are actively searched for. Besides these technological aspects, Snell's law and the Goos-Hänchen shift are fundamental wave effects which appear in various contexts throughout physics.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Arbeit wurden Spinwellen auf ihr Brechungs- und Reflektionsverhalten untersucht. Alle Messungen wurden mit Orts- und Zeit-aufgelöster Kerr Mikroskopie durchgeführt. Diese Technik erlaubt das Abbilden der dynamischen Magnetisierung und deshalb einen direkten Zugriff zu Wellenvektor, Phase und Abklinglänge der Spinwelle. Deren anisotrope Dispersion im dipolaren Bereich hängt von der ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Arbeit wurden Spinwellen auf ihr Brechungs- und Reflektionsverhalten untersucht. Alle Messungen wurden mit Orts- und Zeit-aufgelöster Kerr Mikroskopie durchgeführt. Diese Technik erlaubt das Abbilden der dynamischen Magnetisierung und deshalb einen direkten Zugriff zu Wellenvektor, Phase und Abklinglänge der Spinwelle. Deren anisotrope Dispersion im dipolaren Bereich hängt von der Dicke des ferromagnetischen Materials ab. Deshalb ist eine Stufe in der Dicke als eine Grenze zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex zu verstehen. In zwei verwandten Experimenten wird die Brechung und Reflektion von Spinwellen an Grenzschichten zwischen einem dicken und einem dünnen Permalloy Film untersucht und ein Nachweis für das Snelliussche Brechungsgesetz für Spinwellen erbracht. Zusätzlich wird die Reflektion von Spinwellen an der Kante eines Permalloy Films untersucht. In diesem Fall zeigt die ebene Welle eine Phasenverschiebung, die ursächlich für einen Goos-Hänchen Effekt für Spinwellen sein kann.

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