MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER
Subject and Purpose. The research addresses planar photon-magnon (P-M) converters that efficiently convert between microwave photons and magnons and are essential components in emerging quantum technologies. Planar P-M converters benefit particularly from planar, two-dimensional (2D) resonators. Amo...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1496 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| _version_ | 1868203876047388672 |
|---|---|
| author | Polevoy, S. Yu. Bozkurt, T. Rami, B. Tarapov, S. I. |
| author_facet | Polevoy, S. Yu. Bozkurt, T. Rami, B. Tarapov, S. I. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Polevoy, S. Yu. |
| baseUrl_str | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-16T11:44:37Z |
| description | Subject and Purpose. The research addresses planar photon-magnon (P-M) converters that efficiently convert between microwave photons and magnons and are essential components in emerging quantum technologies. Planar P-M converters benefit particularly from planar, two-dimensional (2D) resonators. Among them are asterisk-shaped resonators featuring compact geometry and strong concentration of the magnetic component of the electromagnetic (EM) field. The present work seeks an effective approach to optimizing planar P-M converters to enhance conversion efficiency and further miniaturize the device by manipulating the spatial distribution of the high-frequency magnetic field.Methods and Methodology. The proposed approach relies on numerical simulations of the electrodynamic response of the asterisk-shaped resonator coupled to the feeding microstrip line. Families of the resonance spectra are analyzed as a function of the resonator’s position relative to the microstrip line, which effectively varies the electromagnetic coupling strength. This methodology allows systematic optimization of the resonator’s geometrical and spectral parameters, enabling targeted manipulation of the magnetic field distribution across the magnetic sample location.Results. The conducted analysis has demonstrated that a fine adjustment of the P-M coupling strength can maximize the concentration of the magnetic component of the high-frequency EM field at a desired location within the resonator. Practical recommendations have been developed for designing high-performance planar P-M converters, offering a framework for the efficient integration of asterisk-shaped resonators into miniaturized quantum devices.Conclusions. Based on the numerical analysis of the spectral properties of a 2D asterisk-shaped split-ring resonator (ASRR) intended for a planar microwave P-M converter, it has been shown that selecting the optimal position for the feeding microstrip line allows a high concentration of the magnetic component of the EM field at the resonator center. Proper positioning of the mi- crostrip feeding line is important for achieving a relatively high Q-factor (Q ≈ 200) for operating modes. The calculated resonance spectra of the investigated P-M converter identify ranges of the resonator offset parameter where dynamic manipulation of the P-M coupling strength is possible and relatively simple.Keywords: microwaves, photon-magnon converter, quantum technologies, asterisk-shaped resonator, coupling strengthManuscript submitted 16.03.2026Radio phys. radio astron. 2026, 31(2): 119-125REFERENCES1. Bhoi, B., and Kim, S.-K., 2019. Chapter One — Photon-magnon coupling: Historical perspective, status, and future direc- tions. Solid State Phys., 70, pp. 1—77. DOI: 10.1016/bs.ssp.2019.09.0012. Girich, A., Nedukh, S., Polevoy, S., Sova, K., Tarapov, S., and Vakula, A., 2023. Enhancement of the microwave photon-mag- non coupling strength for a planar fabricated resonator. Sci. Rep., 13, 924(1—8). DOI: 10.1038/s41598-022-27285-63. Girich, A.A., Nedukh, S.V., Polevoy, S.Yu., Rami, B., Sova, K.Yu., Tarapov, S.I., and Vakula, A.S., 2024. Magnetic Nanocom- ponents for Frequency Converting in Quantum Computing Technologies. In: I. Vladymyrskyi, B. Hillebrands, A. Serga, D. Makarov and O. Prokopenko (eds.). Functional Magnetic and Spintronic Nanomaterials. Chap. 9. Dordrecht, Netherlands: Springer Nature, pp. 197—206. DOI: 10.1007/978-94-024-2254-2_94. Lan, Y., Xu, Y., Jia, Y., Mei, T., Qu, S., Yan, B., Yang, D., Chen, B., Xu, R., & Li, Y., 2017. Multipole Modes Excitation of un- coupled dark Plasmons Resonators based on Frequency Selective Surface at X-band Frequency Regime. Sci. Rep., 7, 9492. DOI: 10.1038/s41598-017-09845-35. Khalil, M.A., Yong, W.H., Islam, M.S., Chiong, L.Y., Hoque, A., Ullah, N., Goh, H.H., Kurniawan, T.A., Soliman, M.S., & Islam, M.T., 2024. Design of dual peak star shaped metamaterial absorber for S and C band sensing applications. Sci. Rep., 14, 26609. DOI: 10.1038/s41598-024-77215-x6. Singh, P., Ahmad, T., Maurya, V., and Singha, S., 2026. Ultra-wideband polarization insensitive modified asterisk shaped metasurface absorber for infrared, visible and ultraviolet regions. Mater. Lett., 404, 139665. DOI: 10.1016/j.matlet.2025.1396657. Shen, X., and Cui, T.J., 2013. Planar plasmonic metamaterial on a thin film with nearly zero thickness. Appl. Phys. Lett., 102,211909. DOI: 10.1063/1.48083508. Liao, Z., Pan, B.C., Shen, X., and Cui, T.J., 2014. Multiple Fano resonances in spoof localized surface plasmons. Opt. Express, 22(13), pp. 15710—15717. DOI: 10.1364/OE.22.0157109. Huidobro, P.A., Shen, X., Cuerda, J., Moreno, E., Martin-Moreno, L., Garcia-Vidal, F.J., Cui, T.J., and Pendry, J.B., 2014. Magnetic Localized Surface Plasmons. Phys. Rew. X, 4, 021003. DOI: 10.1103/PhysRevX.4.02100310. Yang, B.J., Zhou, Y.J., and Xiao, Q.X., 2015. Spoof localized surface plasmons in corrugated ring structures excited by microstrip line. Opt. Express, 23(16), 21434. DOI:10.1364/OE.23.021434 |
| first_indexed | 2026-06-17T01:00:54Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | rpra-journalorgua-article-1496 |
| institution | Radio physics and radio astronomy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-06-17T01:00:54Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Видавничий дім «Академперіодика» |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | rpra-journalorgua-article-14962026-06-16T11:44:37Z MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER МАНІПУЛЮВАННЯ ПРОСТОРОВИМ РОЗПОДІЛОМ ПОЛЯ В ПЛАНАРНОМУ МІКРОХВИЛЬОВОМУ ФОТОН-МАГНОННОМУ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ Polevoy, S. Yu. Bozkurt, T. Rami, B. Tarapov, S. I. microwaves; photon-magnon converter; quantum technologies; asterisk-shaped resonator; coupling strength мікрохвил;, фотон-магнонний перетворювач; квантові технології; астрископодібний резонатор; величина зв’язку Subject and Purpose. The research addresses planar photon-magnon (P-M) converters that efficiently convert between microwave photons and magnons and are essential components in emerging quantum technologies. Planar P-M converters benefit particularly from planar, two-dimensional (2D) resonators. Among them are asterisk-shaped resonators featuring compact geometry and strong concentration of the magnetic component of the electromagnetic (EM) field. The present work seeks an effective approach to optimizing planar P-M converters to enhance conversion efficiency and further miniaturize the device by manipulating the spatial distribution of the high-frequency magnetic field.Methods and Methodology. The proposed approach relies on numerical simulations of the electrodynamic response of the asterisk-shaped resonator coupled to the feeding microstrip line. Families of the resonance spectra are analyzed as a function of the resonator’s position relative to the microstrip line, which effectively varies the electromagnetic coupling strength. This methodology allows systematic optimization of the resonator’s geometrical and spectral parameters, enabling targeted manipulation of the magnetic field distribution across the magnetic sample location.Results. The conducted analysis has demonstrated that a fine adjustment of the P-M coupling strength can maximize the concentration of the magnetic component of the high-frequency EM field at a desired location within the resonator. Practical recommendations have been developed for designing high-performance planar P-M converters, offering a framework for the efficient integration of asterisk-shaped resonators into miniaturized quantum devices.Conclusions. Based on the numerical analysis of the spectral properties of a 2D asterisk-shaped split-ring resonator (ASRR) intended for a planar microwave P-M converter, it has been shown that selecting the optimal position for the feeding microstrip line allows a high concentration of the magnetic component of the EM field at the resonator center. Proper positioning of the mi- crostrip feeding line is important for achieving a relatively high Q-factor (Q ≈ 200) for operating modes. The calculated resonance spectra of the investigated P-M converter identify ranges of the resonator offset parameter where dynamic manipulation of the P-M coupling strength is possible and relatively simple.Keywords: microwaves, photon-magnon converter, quantum technologies, asterisk-shaped resonator, coupling strengthManuscript submitted 16.03.2026Radio phys. radio astron. 2026, 31(2): 119-125REFERENCES1. Bhoi, B., and Kim, S.-K., 2019. Chapter One — Photon-magnon coupling: Historical perspective, status, and future direc- tions. Solid State Phys., 70, pp. 1—77. DOI: 10.1016/bs.ssp.2019.09.0012. Girich, A., Nedukh, S., Polevoy, S., Sova, K., Tarapov, S., and Vakula, A., 2023. Enhancement of the microwave photon-mag- non coupling strength for a planar fabricated resonator. Sci. Rep., 13, 924(1—8). DOI: 10.1038/s41598-022-27285-63. Girich, A.A., Nedukh, S.V., Polevoy, S.Yu., Rami, B., Sova, K.Yu., Tarapov, S.I., and Vakula, A.S., 2024. Magnetic Nanocom- ponents for Frequency Converting in Quantum Computing Technologies. In: I. Vladymyrskyi, B. Hillebrands, A. Serga, D. Makarov and O. Prokopenko (eds.). Functional Magnetic and Spintronic Nanomaterials. Chap. 9. Dordrecht, Netherlands: Springer Nature, pp. 197—206. DOI: 10.1007/978-94-024-2254-2_94. Lan, Y., Xu, Y., Jia, Y., Mei, T., Qu, S., Yan, B., Yang, D., Chen, B., Xu, R., & Li, Y., 2017. Multipole Modes Excitation of un- coupled dark Plasmons Resonators based on Frequency Selective Surface at X-band Frequency Regime. Sci. Rep., 7, 9492. DOI: 10.1038/s41598-017-09845-35. Khalil, M.A., Yong, W.H., Islam, M.S., Chiong, L.Y., Hoque, A., Ullah, N., Goh, H.H., Kurniawan, T.A., Soliman, M.S., & Islam, M.T., 2024. Design of dual peak star shaped metamaterial absorber for S and C band sensing applications. Sci. Rep., 14, 26609. DOI: 10.1038/s41598-024-77215-x6. Singh, P., Ahmad, T., Maurya, V., and Singha, S., 2026. Ultra-wideband polarization insensitive modified asterisk shaped metasurface absorber for infrared, visible and ultraviolet regions. Mater. Lett., 404, 139665. DOI: 10.1016/j.matlet.2025.1396657. Shen, X., and Cui, T.J., 2013. Planar plasmonic metamaterial on a thin film with nearly zero thickness. Appl. Phys. Lett., 102,211909. DOI: 10.1063/1.48083508. Liao, Z., Pan, B.C., Shen, X., and Cui, T.J., 2014. Multiple Fano resonances in spoof localized surface plasmons. Opt. Express, 22(13), pp. 15710—15717. DOI: 10.1364/OE.22.0157109. Huidobro, P.A., Shen, X., Cuerda, J., Moreno, E., Martin-Moreno, L., Garcia-Vidal, F.J., Cui, T.J., and Pendry, J.B., 2014. Magnetic Localized Surface Plasmons. Phys. Rew. X, 4, 021003. DOI: 10.1103/PhysRevX.4.02100310. Yang, B.J., Zhou, Y.J., and Xiao, Q.X., 2015. Spoof localized surface plasmons in corrugated ring structures excited by microstrip line. Opt. Express, 23(16), 21434. DOI:10.1364/OE.23.021434 Предмет і мета роботи. Предметом досліджень є планарні фотон-магнонні перетворювачі, які є важливими компонентами сучасних квантових технологій, що забезпечують ефективне перетворення між мікрохвильовими фотонами та магнонами. Ці пристрої особливо виграють від використання планарних двовимірних (2D), зокрема астрископодібних, резонаторів завдяки їхній компактній геометрії та сильній концентрації магнітної складової електромагнітного поля. Метою роботи є розроблення підходу до оптимізації таких планарних фотон-магнонних перетворювачів шляхом керування просторовим розподілом високочастотного магнітного поля, що дозволяє підвищити ефективність перетворення та забезпечити мініатюризацію пристроїв.Методи та методологія. Запропонований підхід ґрунтується на чисельному моделюванні електродинамічної відповіді астрископодібних резонаторів, з’єднаних із живильними мікросмужковими лініями. Сімейства резонансних спектрів аналізувалися як функція положення резонатора відносно мікросмужкової лінії, що фактично змінює величину електромагнітного зв’язку. Така методологія дозволяє систематично оптимізувати геометричні та спектральні параметри резонатора, забезпечуючи цілеспрямоване керування розподілом магнітного поля в області розташування магнітних елементів.Результати. Проведений аналіз показує, що точне налаштування сили зв’язку дозволяє досягти максимальної концентрації магнітної складової високочастотного електромагнітного поля у необхідній області резонатора. На основі отриманих результатів сформульовано практичні рекомендації щодо проєктування високоефективних планарних фотон-магнонних перетворювачів, що створює основу для ефективної інтеграції астрископодібних резонаторів у мініатюризовані квантові пристрої.Висновки. Виконано чисельний аналіз спектральних властивостей двовимірного астрископодібного розщепленого кільцевого резонатора для планарного мікрохвильового фотон-магнонного перетворювача. Результати показують таке: вибір оптимального положення живильної мікросмужкової лінії забезпечує високу ступінь концентрації маг- нітної складової електромагнітного поля в центрі резонатора; належне розташування живильної мікросмужкової лінії дозволяє реалізувати відносно високі добротності резонатора (Q ≈ 200) для робочих мод; аналіз розрахованого набору резонансних спектрів для досліджуваного фотон-магнонного перетворювача дозволив визначити області параметра зміщення резонатора, у яких може біти досягнуто відносно просте динамічне керування силою фотон-магнонної взаємодії.Ключові слова: мікрохвилі, фотон-магнонний перетворювач, квантові технології, астрископодібний резонатор, величина зв’язкуСтаття надійшла до редакції 16.03.2026Radio phys. radio astron. 2026, 31(2): 119-125БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Bhoi, B., and Kim, S.-K., 2019. Chapter One — Photon-magnon coupling: Historical perspective, status, and future directions. Solid State Phys., 70, pp. 1—77. DOI: 10.1016/bs.ssp.2019.09.0012. Girich, A., Nedukh, S., Polevoy, S., Sova, K., Tarapov, S., and Vakula, A., 2023. Enhancement of the microwave photon-magnon coupling strength for a planar fabricated resonator. Sci. Rep., 13, 924(1—8). DOI: 10.1038/s41598-022-27285-63. Girich, A.A., Nedukh, S.V., Polevoy, S.Yu., Rami, B., Sova, K.Yu., Tarapov, S.I., and Vakula, A.S., 2024. Magnetic Nanocom- ponents for Frequency Converting in Quantum Computing Technologies. In: I. Vladymyrskyi, B. Hillebrands, A. Serga, D. Makarov and O. Prokopenko (eds.). Functional Magnetic and Spintronic Nanomaterials. Chap. 9. Dordrecht, Netherlands: Springer Nature, pp. 197—206. DOI: 10.1007/978-94-024-2254-2_94. Lan, Y., Xu, Y., Jia, Y., Mei, T., Qu, S., Yan, B., Yang, D., Chen, B., Xu, R., & Li, Y., 2017. Multipole Modes Excitation of un- coupled dark Plasmons Resonators based on Frequency Selective Surface at X-band Frequency Regime. Sci. Rep., 7, 9492. DOI: 10.1038/s41598-017-09845-35. Khalil, M.A., Yong, W.H., Islam, M.S., Chiong, L.Y., Hoque, A., Ullah, N., Goh, H.H., Kurniawan, T.A., Soliman, M.S., & Islam, M.T., 2024. Design of dual peak star shaped metamaterial absorber for S and C band sensing applications. Sci. Rep., 14, 26609. DOI: 10.1038/s41598-024-77215-x6. Singh, P., Ahmad, T., Maurya, V., and Singha, S., 2026. Ultra-wideband polarization insensitive modified asterisk shaped metasurface absorber for infrared, visible and ultraviolet regions. Mater. Lett., 404, 139665. DOI: 10.1016/j.matlet.2025.1396657. Shen, X., and Cui, T.J., 2013. Planar plasmonic metamaterial on a thin film with nearly zero thickness. Appl. Phys. Lett., 102, 211909. DOI: 10.1063/1.48083508. Liao, Z., Pan, B.C., Shen, X., and Cui, T.J., 2014. Multiple Fano resonances in spoof localized surface plasmons. Opt. Express, 22(13), pp. 15710—15717. DOI: 10.1364/OE.22.0157109. Huidobro, P.A., Shen, X., Cuerda, J., Moreno, E., Martin-Moreno, L., Garcia-Vidal, F.J., Cui, T.J., and Pendry, J.B., 2014. Magnetic Localized Surface Plasmons. Phys. Rew. X, 4, 021003. DOI: 10.1103/PhysRevX.4.02100310. Yang, B.J., Zhou, Y.J., and Xiao, Q.X., 2015. Spoof localized surface plasmons in corrugated ring structures excited by microstrip line. Opt. Express, 23(16), 21434. DOI:10.1364/OE.23.021434 Видавничий дім «Академперіодика» 2026-06-16 Article Article http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1496 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 31, No 2 (2026); 119 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 31, No 2 (2026); 119 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 31, No 2 (2026); 119 2415-7007 1027-9636 en Copyright (c) 2026 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |
| spellingShingle | microwaves photon-magnon converter quantum technologies asterisk-shaped resonator coupling strength Polevoy, S. Yu. Bozkurt, T. Rami, B. Tarapov, S. I. MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER |
| title | MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER |
| title_alt | МАНІПУЛЮВАННЯ ПРОСТОРОВИМ РОЗПОДІЛОМ ПОЛЯ В ПЛАНАРНОМУ МІКРОХВИЛЬОВОМУ ФОТОН-МАГНОННОМУ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ |
| title_full | MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER |
| title_fullStr | MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER |
| title_full_unstemmed | MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER |
| title_short | MANIPULATION OF SPATIAL FIELD DISTRIBUTION IN A PLANAR MICROWAVE PHOTON-MAGNON CONVERTER |
| title_sort | manipulation of spatial field distribution in a planar microwave photon-magnon converter |
| topic | microwaves photon-magnon converter quantum technologies asterisk-shaped resonator coupling strength |
| topic_facet | microwaves photon-magnon converter quantum technologies asterisk-shaped resonator coupling strength мікрохвил; фотон-магнонний перетворювач; квантові технології; астрископодібний резонатор; величина зв’язку |
| url | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1496 |
| work_keys_str_mv | AT polevoysyu manipulationofspatialfielddistributioninaplanarmicrowavephotonmagnonconverter AT bozkurtt manipulationofspatialfielddistributioninaplanarmicrowavephotonmagnonconverter AT ramib manipulationofspatialfielddistributioninaplanarmicrowavephotonmagnonconverter AT tarapovsi manipulationofspatialfielddistributioninaplanarmicrowavephotonmagnonconverter AT polevoysyu manípulûvannâprostorovimrozpodílompolâvplanarnomumíkrohvilʹovomufotonmagnonnomuperetvorûvačí AT bozkurtt manípulûvannâprostorovimrozpodílompolâvplanarnomumíkrohvilʹovomufotonmagnonnomuperetvorûvačí AT ramib manípulûvannâprostorovimrozpodílompolâvplanarnomumíkrohvilʹovomufotonmagnonnomuperetvorûvačí AT tarapovsi manípulûvannâprostorovimrozpodílompolâvplanarnomumíkrohvilʹovomufotonmagnonnomuperetvorûvačí |