传播自旋波的有限元动态矩阵方法：推广至任意间距与厚度的单层与多层膜
介观与纳米尺度物理
2024-06-12 v2 材料科学
摘要
在我们近期的工作[AIP Adv. 11, 095006]中，我们提出了一种高效数值方法，用于计算具有平移不变平衡磁化的波导中传播自旋波的色散和空间模式分布。使用有限元方法（FEM）可对任意形状的二维波导横截面建模，但仅限于有限尺寸。在此，我们将FEM传播波动态矩阵方法从有限波导推广至重要的实际情形：任意间距与厚度的无限扩展单层与多层膜。为获得模式分布和频率，我们将磁化的线性化运动方程作为特征值问题仅在沿膜法线方向定义的一维线迹网格上求解。作为对多层系统的重要贡献，我们将层间交换相互作用引入我们的FEM方法。由于计算动态偶极场是本文的主要焦点，我们还扩展了先前提出的平面波Fredkin-Koehler方法，以计算无限层中自旋波的偶极势。该方法的主要优点在于避免了对任何非磁性材料（如多层膜中的非磁性间隔层）的离散化。因此，计算量完全独立于间隔层厚度。此外，它使所得离散化特征值问题保持稀疏，从而具有较低算术复杂度。作为对我们方法（已集成至开源有限元微磁软件包TetraX）的验证，我们给出了多种系统的结果，并与理论预测以及既有有限差分数值方法进行比较。我们相信该方法为计算层状磁系统中的自旋波色散提供了高效且通用的工具。
引用
@article{arxiv.2207.01519,
title = {Finite-element dynamic-matrix approach for propagating spin waves: Extension to mono- and multilayers of arbitrary spacing and thickness},
author = {Lukas Körber and Alexander Hempel and Andreas Otto and Rodolfo Gallardo and Yves Henry and Jürgen Lindner and Attila Kákay},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.01519},
year = {2024}
}