Integrated self-biased magnonic device

This thesis work was carried out at PoliFAB, the micro and nanofabrication facility of Politecnico di Milano. This thesis was also carried out within the framework of the M&MEMS European Project. This work is focused on the fabrication of a self-biased magnonic device using permanent micromagnets coupled with magnetic flux concentrators on a silicon substrate. This device is a step towards the vision proposed in the M&MEMS project: a self-biased tunable magnonic device that combines MEMS and micromagnets to create radiofrequency devices for the next generation of communication protocols (5G, 6G). The device is made of two micromagnets that generate a local magnetic field, two magnetic flux concentrators that amplify the strength of the magnetic field in a confined area, and a conduit, which is magnetized by this local magnetic field and allows for spin-wave propagation. On top of the conduit, antennas are used to excite spin waves through the conduit. By varying the distance of the micromagnets, we can tune the strength of the magnetic field, which changes the dispersion relationship of the spin waves in the conduit, changing its behavior. In this work, we show the successful realization of this device and the possibility of propagating spin waves without an external magnetic field, and finally, the tunability of such a device through the control of the position of the permanent magnets.

Questo lavoro di tesi è stato svolto presso PoliFAB, la struttura di micro e nanofabbricazione del Politecnico di Milano. Questo lavoro di tesi è stato svolto anche come parte del progetto europeo M&MEMS. Il lavoro è incentrato sulla fabbricazione di un dispositivo magnonico con sorgente di campo magnetico integrata, utilizzando micromagneti permanenti accoppiati con concentratori di campo magnetico su un substrato di silicio. Questo dispositivo è un avanzamento verso l'obbiettivo del progetto M&MEMS: un dispositivo magnonico riconfigurabile con sorgente di campo magnetico integrata che combina MEMS e micromagneti per creare dei dispositivi per le frequenze radio per la prossima generazione di protocolli di comunicazione (5G, 6G). Il dispositivo è composto da due micromagneti che generano un campo magnetico locale, due concentratori di campo che amplificano la forza del campo magnetico in un'area confinata e un condotto che viene magnetizzato da questo campo magnetico locale e che consente la propagazione delle onde di spin. Sopra al condotto sono poste delle antenne che sono usate per eccitare onde di spin nel condotto. Variando la distanza dei micromagneti possiamo variare la forza del campo magnetico, questo modifica la relazione di dispersione delle onde di spin nel condotto, cambiandone il comportamento. In questo lavoro di tesi mostriamo i risultati della realizzazione di questo dispositivo, della propagazione di onde di spin senza un campo magnetico esterno, e della riconfigurabilità di questo device attraverso il controllo della posizione dei micromagneti.