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磁斯格明子动力学的微磁学模拟研究; Dynamic of magnetic skyrmion using micromagnetic simulations
夏海艳
2020-05-30
Abstract磁斯格明子(magnetic skyrmion)是一种具有准粒子特性的拓扑自旋结构。 这种新型的磁自旋结构由于空间尺寸较小和驱动其运动的临界电流密度较低, 在下一代信息存储器和自旋电子学器件中有很大的应用潜力,如赛道存储器、 微波探测器、逻辑门器件和自旋纳米振荡器等。有效可控地操纵skyrmion运动 无论在理论研究方面还是在实际应用上都具有非常重要的物理意义。鉴于此, 本论文主要采用微磁学模拟,尝试用多种方法调控skyrmion运动,并结合理论 模型分析了模拟结果。论文的主要内容如下: 首先,我们研究磁各向异性梯度对skyrmion运动的影响。通过在电极/磁性 多层膜/斜坡绝缘层/电极结构中利用电压调控磁各向异性效应,在磁性层中产生 磁各向异性梯度。结果发现,该磁各向异性梯度能够驱动skyrmion在磁性纳米 条带中运动。随着磁各向异性梯度从-1.0×1010 J/m4增大到-8.0×1010 J/m4, skyrmion运动速度从 0.1 m/s增大到 23 m/s。磁各向异性梯度和平面内外磁场可 以共同有效地调控skyrmion的运动方向和运动速度skyrmion运动速度与磁性材 料的阻尼系数成反比。基于Thiele方法,建立理论分析模型,其分析结果与微磁 学模拟相吻合。 其次,我们研究了磁性纳米带中槽口对 2&piskyrmion 钉扎/脱钉扎作用的影 响。结果表明凸槽口/凹槽口在磁性纳米带中分别能够产生能量势阱和能量势垒, 其能量势阱和能量势垒主要来源于退磁能和 DMI 能量。从能量的角度,凸槽口 /凹槽口均可以作为 2&piskyrmion钉扎点。为了研究 2&piskyrmion钉扎/脱钉扎的动 态过程,我们采用自旋波驱动 2&piskyrmion运动。结果表明槽口类型,深度以及 自旋波激发磁场频率和振幅对 2&piskyrmion动态钉扎过程均有影响。 另外,我们研究了局域磁场对 2&piskyrmion 钉扎/脱钉扎作用。我们先研究 了反铁磁材料对 2&piskyrmion 钉扎/脱钉扎作用。由于反铁磁材料在 AFM/FM 交 界处能够诱导交换偏置场,从而使得 AFM/FM 交界区域可以作为钉扎点,其钉 扎强度依赖于交换偏置场强度。反铁磁材料诱导的交换偏置场在磁性纳米带中 可以产生能量势垒或势阱,其能量势垒或势阱主要来源于退磁能,DMI 能量和 交换偏置能。然后我们研究了磁性圆盘对 2&piskyrmion 钉扎/脱钉扎的影响。研 究表明磁性圆盘能够在磁性纳米条带中产生能量势阱,从而可以作为 2&piskyrmion钉扎点,其钉扎强度依赖于磁性圆盘直径。 最后,我们采用微磁学模拟方法,首先研究了用电操控反铁磁 skyrmion 的 写入,驱动以及读取过程。其次,基于 Y-性纳米结构,我们实现了反铁磁 skyrmion 的复制,删除,或门和与门的功能性操控。其功能性操控时间为皮秒 量级,有利于快速信息处理。实现该功能性操控的关键点在于 Y-型纳米结构。 在合适的 Y-型纳米结构中,skyrmion 和畴壁以可控地方式在纳米带中运动,而 不会出现不理想的畴壁钉扎、消失甚至新畴壁的成核。最后,我们研究了反铁 磁 skyrmion 链的运动。在一定范围内的电流密度作用下,skyrmion 链的运动速 度与电流密度成正比。
Document Type其他
Identifierhttps://ir.lzu.edu.cn/handle/262010/489494
Collection兰州大学
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GB/T 7714
夏海艳. 磁斯格明子动力学的微磁学模拟研究, Dynamic of magnetic skyrmion using micromagnetic simulations. 2020-05-30.
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