Spin waves in magnonic systems: localization and propagation

Magnonics is a field of research and technology which uses magnetic nanostructures to control the propagation and localization of magnetic excitations, called spin waves. This control is realized by tailoring the geometry of nanostructure and modifying the internal landscape of the magnetic field, or by coupling the spin waves to external biases. The steering of localization and propagation is essential for information transmission. The interplay between wave localization and propagation determines the speed and direction of the wave signal, and even then whether the signal will be transmitted at all. The objective of my thesis is theoretical studies on spin waves in typical magnonic systems in the form of planar nanostructures, like waveguides, magnonic crystals, and quasicrystals. In my research, I worked on the coherent spin wave guiding in magnonic waveguides and on the spin wave localization in patterned layers in the presence of defects and interfaces. I was also interested in the steering of spin waves by non-magnetic signals. The thesis contains four publications covering  these topics. In the first publication, I discussed the relation between the spatial distribution of spin waves in magnonic crystals and the coupling with surface acoustic waves. In the next work, I presented the studies on the spin wave propagation in curved waveguides. The later publication focuses on the spin wave localization at  the interface  between two magnonic crystals. In the last paper included in the thesis, I discussed the impact of disorder in magnonic quasicrystal on the spin wave localization. 

Magnonika to dziedzina wiedzy, która wykorzystuje struktury w nanoskali do kontrolowania  propagacji i lokalizacji fal spinowych. Może się to odbywać poprzez kształtowanie geometrii nanostruktury lub modyfikację jej wewnętrznego pola magnetycznego. Kontrola propagacji i lokalizacji jest kluczowa z punktu widzenia przesyłania informacji. Determinują one prędkość oraz kierunek propagacji, a nawet to czy propagacja w ogóle następuje. Celem mojej pracy doktorskiej są teoretyczne badania fal spinowych w układach magnonicznych, takich jak falowody, kryształy i kwazikryształy. Rozważałem propagację fal spinowych, lokalizację na defektach, czy interfejsach, a także to, jaki ma ona wpływ na oddziaływania magnetoelastyczne. Dysertacja zawiera cztery artykuły naukowe, które są uporządkowane w kolejności ich publikacji. Pierwsza praca dotyczy związku pomiędzy przestrzennym rozkładem fal spinowych oraz sprzężeniem z powierzchniowymi falami akustycznymi. W następnej pracy rozważałem przesyłanie fal spinowych przez zakrzywiony falowód. Następna praca dotyczy lokalizacji fal spinowych na interfejsie pomiędzy dwoma kryształami magnonicznymi. W ostatniej pracy dołączonej do rozprawy, poruszona jest tematyka nieporządku w kwazikryształach magnonicznych oraz wynikająca z tego lokalizacja.