Tunable magnonic phase shifter via magnetic MEMS

This thesis work, carried out in the framework of the M&MEMS European project, presents a first proof of concept of a novel tunable radio-frequency (RF) device capable of combining magnonics and micro electro-mechanical systems (MEMS). Soft magnets are integrated in MEMS piezoelectric actuators, and spin waves are excited in a Yittrium Iron Garnet (YIG) film, thanks to RF transducers. MEMS motion can bring the soft magnet at different distances with respect to the YIG film, changing the local effective field environment experienced by spin waves, thus shifting the phase of the travelling spin wave depending on the proximity of the magnet. Exploiting the tunability of spin waves spectrum through magnetic fields, this device constitutes a prototype of a reconfigurable RF phase shifter able to reach up to 250° phase shift between 6.2 GHz and 6.3 GHz, with an external magnetic field of 160 mT. In this thesis the theoretical background related to spin waves, MEMS and RF antennas is first discussed, leaving then space to the description of the realization and the characterization of the MEMS-magnonic phase shifter.

Questo lavoro di tesi, svolto come parte del progetto europeo M&MEMS, presenta la realizzazione di un innovativo dispositivo a radio-frequenze (RF) che combina magnonica e sistemi microelettromeccanici (MEMS). Questi ultimi vengono integrati con dei magneti dolci. Attraverso l'utilizzo di trasduttori RF, invece, le onde di spin possono essere eccitate in un film di Granato di Ferro e Ittrio (YIG). Il movimento dei MEMS può portare il magnete a distanze diverse rispetto al film di YIG, cambiando il campo magnetico efficace locale per le onde di spin, sfasando dunque queste ultime a seconda della vicinanza del magnete. Sfruttando la possibilità di cambiare lo spettro delle onde di spin attraverso l'applicazione un campo magnetico, questo dispositivo rappresenta dunque il prototipo di un phase shifter riconfigurabile a RF, con il quale riusciamo ad ottenere fino a 250° gradi di sfasamento tra 6.2 GHz e 6.3 GHz, applicando un campo di 160 mT. In questa tesi, nella prima parte vengono discussi i concetti teorici legati alle onde di spin, i MEMS e le RF, lasciando poi spazio alla descrizione della realizzazione e della caratterizzazione del phase shifter.