[摘 要]磁振子晶体是一种新型复合结构材料，自旋波在具有周期结构的铁磁材料中传播时会有带隙产生。目前对磁振子晶体的研究处于起步阶段，对磁振子的研究有着重要的理论及应用意义。介绍了磁振子晶体的概念及研究进展。
[关键词]磁振子晶体；自旋波；带隙
在过去的几十年间，波在人工微结构周期复合材料中的传播性质得到了广泛的研究。如半导体超晶格，电子在周期性势场中运动时与周期性势场相互作用能形成能带结构，波在带隙中不能被传播。之后，人们又发现周期性电介质结构中传播的光波有与半导体中的电子相类似的情形。人们把两种不同介电常数的介质材料在空间按一定的周期结构排列而成的人工复合材料称为光子晶体。电磁波在光子晶体禁带中不能传播。人们又在光子晶体中引入缺陷，设计了不同的光学器件。继光子晶体之后，声子晶体——两种弹性介质在空间上形成的周期性复合材料，又进入了人们的视线。和前两种人工材料类似，弹性波在这种周期性材料中传播也会产生声子带隙。声子晶体中缺陷结构研究也被广泛开展。事实证明，人工微结构材料有广泛的应用。如用半导体材料被用于集成电路、高温器件及发光器件等方面。光子晶体可用来制造光子晶体激光器、波导器等。而声子晶体可用来制造减振隔音器材。因此我们可以说，人工微结构复合材料改变了们的生活，研究人工微结构复合材料具有重要的意义。
近年来，继半导体、光子晶体、声子晶体之后，又一人工微结构周期复合材料——磁振子晶体(magnonic crystals) ，又在国内外引起了人们的极大的关注。磁振子晶体是一种铁磁材料周期地排列在另一种铁磁材料中形成复合材料，磁振子晶体的最基本特点是自旋波在铁磁材料中传播时存在磁振子带隙，频率落在带隙范围内的自旋波的传播会被材料的周期结构抑制，不能在材料中继续传播。利用这一性质磁振子晶体在微波领域将会有广泛的应用前景，如设计微波过滤器、导波器、转换开关以及功率限幅器等等。此外，磁振子晶体克服了光子晶体、声子晶体的缺点，实现了在低频波段的应用。因此在国内外磁振子晶体也越来越受到了关注。磁振子晶体一般是由二种铁磁材料周期排列构成，两种铁磁材料中的连续相称为基底，不连续相称为散射体。有一维、二维、三维磁振子晶体之分。
在目前对于磁振子晶体的研究主要集中在理论计算阶段，对于其应用的研究还比较少。单一磁性薄膜中的自旋波早在上世纪六、七十年代就已经受到人们的关注，在上世纪八十年代，新加坡的王智魁等人在理论和实验上分别研究了纳米条状周期性排列构成的一维磁振子晶体的自旋动力学性质。法国 的J. O. Vasseur以及波兰的 H.Puszkarski分别研究了二维磁振子晶体，从理论上计算了在磁振子晶体平面内传播的自旋波的频谱，结果发现磁振子带隙的位置和宽度与磁振子晶体的结构常数和材料的物理参数有关，交换结构常数对带隙的位置和宽度有显著的影响。散射体的交换常数越大，越有利于带隙的打开，且带隙的宽度越宽。M. Krawczyk 和 H. Puszkarski 等计算了三维铁磁振子晶体中磁振子的带结构，结果表明磁参数的调节及散射体的形状对磁振子带隙的产生及带隙宽度也有着显著地影响。英国的V. V. Kruglyaka及乌克兰的A. N. Kuchko等人研究了一维磁振子晶体中存在缺陷时磁振子晶体的带结构，计算结果是缺陷使磁振子晶体带隙内出现局域模,也即缺陷对自旋波具有局域作用。
国内最早进行磁振子晶体研究的是曹永军和王立勇等[1-3]。他们研究了二维声子晶体中散射体排列方式以及散射体形状对磁振子晶体带隙结构的影响，证明当散射体按正方排列、三角排列以及六角排列在基底材料中时，三角排列的散射体能够获得最大的带隙。而体积填充率对二维磁振子晶体带隙也有重要影响。而对于存在点缺陷、点缺陷耦合、线缺陷的二维磁振子晶体，结果显示点缺陷会使带隙中产生局域态。线缺陷结构的引入会在禁带中产生一个小范围的通带,即产生线缺陷模。磁振子晶体的点缺陷耦合特性可以应用于设计自旋波滤波器。含线缺陷的磁振子晶体可作为自旋波导波器件的制作。
关于磁振子晶体实验方面的研究开展的还比较少，在实验中已检测到一维磁振子晶体的带隙存在，与理论结果比较，证明理论结果与实验结果比较吻合。
纵观磁振子晶体的研究，在国内外都处于起步阶段，研究自旋波在磁振子晶体中的传播，会发现许多未被提示的物理现象，用磁振子晶体的特性，可以用来制作自旋波滤波、导波器件、自旋波信号处理器等。由此可见，对磁振子晶体的研究对物理学的理论发展与实际应用有着重要的意义，磁振子晶体的研究将成为当前新材料研究的热门课题，这种新型功能材料必将在各领域内得到广泛的应用。
参考文献
[1] 王立勇，曹永军.散射体排列方式对二维磁振子晶体带隙结构的影响[J].物理学报，2011,60(9):097501.
[2] 曹永军，谭伟，刘燕.二维磁振子晶体点缺陷耦合特性的研究[J].物理学报，2011，61（11）：117501.
[3] Y. J. Cao, G. H. Yun, X. X. Liang, and B. Narus. Band structures of two-dimensional magnonic crystals with different shapes ans arrangements of scatterers[J].J. Phys. D: Appl. Phys,2010 43, 305005.
作者简介：胡晓颖（1979-），女，汉族，内蒙古集宁人，内蒙古集宁师范学院物理系讲师，硕士，研究方向：凝聚态。
