Kurzfassung
In dieser Arbeit wird die Führung und Manipulation von Spinwellen durch
Brechung und Beugung experimentell sowie durch numerische Simulationen
untersucht. Die Propagationsanisotropie von Spinwellen führt zu neuartigen
Effekten und wird genutzt um die Ausbreitung von Spinwellen zu steuern.
Spinwellen an stufenartigen Schichtdickenänderungen in ferromagnetischen
Filmen wurden experimentell untersucht. Beim Auftreffen auf eine Stufe
werden Spinwellen entweder an ihr gebrochen oder reflektiert. Das verallgemeinerte Snell-Gesetz wurde verwendet um beide Fälle zu beschreiben.
Durch Rotieren des externen Magnetfeldes kann die Anisotropieachse gedreht
werden. Dies ermöglichte somit das Wechseln zwischen Brechung und Totalreflexion. Darüber hinaus ist ein neuer Typ von lokalisierten Spinwellen
an einem Gradienten des internen Magnetfeldes beobachtet worden.
Basierend auf Brechung an Schichtdickestufen wird eine fokussierende Spinwellenlinse entworfen, konstruiert und experimentell untersucht. Aufgrund der Spinwellenanisotropie ist eine angepasste Linsenform erforderlich. Ein
numerisches Verfahren wurde entwickelt, um die Linsenform zu finden. Aufgrund
der Anisotropie, qualifizieren sich drei unterschiedlichen Geometrien
als fokussierende Linsen. Eine Linsengeometrie wurde konstruiert und die
Linseneigenschaften experimentell validiert. Das entwickelte Verfahren zum
Etwurf von Linsen ist übertragbar auf andereWellen in anisotropen Medien.
Das Konzept der Brechung wurde auf zeitliche Variationen des Mediums angewandt, in diesem Fall erzeugt durch das externe Magnetfeld. Da die Zeitinvarianz gebrochen wird, ist die Energieerhaltung für Spinwellen aufgehoben. Durch mikromagnetische Simulationen wird das Anhalten und Umkehren
von Backward-Volume Spinwellenpakete demonstriert. Es wird vorgeschlagen,
das Konzept anzuwenden um die Propagation von Spinwellenpaketen
gezielt zu steuern.
Ein Spinwellenbandpassfilter basierend auf dem Talbot-Effekt für Spinwellen wurde experimentell und durch mikromagnetische Simulationen untersucht. Nebst Spinwellen geführt durch Brechung, werden die Dipol-Dipol-Kopplung über den Filter sowie eine am Filter angeregte, nicht propagierende Oszillation der Magnetisierung und Spinwellen als Beiträge zu dem gemessenen Signal hinter dem Filter identifiziert.
In this thesis the redirection and manipulation of spin waves by means of refraction and diffraction are investigated experimentally and by micromagnetic simulations. The particular propagation anisotropy of spin waves leads to unique effects and is exploited to control the propagation of spin waves. Spin waves at step like thickness variations in ferromagnetic permalloy films were investigated experimentally. Upon impinging onto a thickness step, spin waves are either subject to refraction or reflection at the step. The generalized Snell’s law is employed to describe both cases. By changing the orientation of an in-plane external magnetic field the anisotropy axis can be tilted, hence enabling switching from refraction to total reflection. Furthermore, a new type of confined spin wave is observed and explained by gradual refraction at a gradient of the internal magnetic field. Based on refraction at thickness steps, a focusing spin-wave lens is designed, constructed and experimentally investigated. Due to the spin-wave anisotropy a particular lens shape is required. A numerical procedure was devised to find the according lens shape. Due to the anisotropy, three different geometries qualify as focusing lenses. Of these geometries, one design was realized and the focusing character experimentally validated. Importantly, the developed lens-design procedure is transferable to other waves in anisotropic media. The concept of refraction was applied to temporal variations of the medium, specifically variations of an external magnetic field. By breaking the time invariance, the energy conservation for spin waves is lifted and the spin-wave frequency can be altered. By means of micromagnetic simulations the stopping and rebound of Backward-Volume spin-wave packets is demonstrated. The application of the concept is proposed to arbitrarily and remotely control the propagation of spin-wave packets. A design for a spin-wave bandpass-filter based on the Talbot effect for spin waves is investigated experimentally and by micromagnetic simulations. In addition to spin-waves guided by refraction, dipole-dipole coupling across the filter as well as a non-propagating oscillation of the magnetization and spin waves excited at the filter are identified as contributions to the measured signal behind the filter.