磁性斯格明子的微磁学研究

论文摘要

磁性斯格明子是一种受拓扑保护的磁化分布,由于其尺寸小和驱动电流密度低等优点,被认为是信息存储的良好载体,引起了广泛的研究。本文通过微磁学模拟的手段研究磁性斯格明子、嵌套斯格明子、以及自旋波的一些物理特性。第一章是关于自旋电子学和纳米磁性的发展,以及斯格明子的发现历程。第二章我们介绍了微磁学的研究对象,以及微磁学考虑的各种磁学能量。第三章我们介绍了在垂直自旋阀结构中提供微波磁场的辅助,这种方式能够快速产生磁性斯格明子。第四章研究了嵌套斯格明子的自旋动力势效应-在微波磁场激励下,嵌套斯格明子能够作为一种发电的装置。第五章我们介绍了斯格明子和嵌套斯格明子周期性的排列对自旋波色散关系的调制作用。第六章是总结和展望。第三章,我们在微波磁场对加速形成斯格明子的研究中,发现施加微波磁场激发形成斯格明子的时间要明显低于不施加微波磁场激发,并且对磁性系统的能量计算知道铁磁态转变为斯格明子态,要越过一个势垒（成核能）,施加微波磁场能够快速越过这个势垒。研究中我们还发现存在一个最优的微波频率能够使斯格明子以最快的速度产生,为了探讨这一现象背后的原因,我们研究了以斯格明子态作为基态的铁磁共振频率,发现这个频率也就是铁磁共振频率,这对以后基于斯格明子器件的设计具有一定的指导意义。第四章,在研究嵌套斯格明子的自旋动力势效应以前已经有学者研究基于斯格明子的自旋动力势效应,但是由于斯格明子存在拓扑荷,因此不可避免的会引入“斯格明子霍尔效应”,这对稳定的发电并不是有利的。最近有学者研究到嵌套斯格明子由于其拓扑荷为零,所以能够抑制“斯格明子霍尔效应”,这对自旋电池来说是一个优势。因此我们研究了基于嵌套斯格明子的自旋动力势效应,发现这种嵌套斯格明子的发电效率要远高于斯格明子。第五章,在研究斯格明子和嵌套斯格明子周期性阵列对自旋波色散关系的调制前,我们首先计算了无斯格明子和嵌套斯格明子时自旋波的色散关系,得到的结果是两条完美的抛物线,这与自由电子的色散关系是一致的。当纳米条中存在斯格明子和嵌套斯格明子时,自旋波的色散关系中出现了带隙,也就是禁带,并且发现周期性间隔越小,禁带越宽,这对自旋波滤波器件的设计有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 由磁性物理到自旋电子学的发展之路
•   1.2 赛道存储
•   1.3 自旋阀结构
•   1.4 自旋角动量转移效应
•   1.5 磁性斯格明子
•   1.6 磁性斯格明子的应用前景
• 第二章 微磁学计算基础
•   2.1 微磁学理论的发展
•   2.2 铁磁性材料中的能量项
•     2.2.1 交换相互作用能
•     2.2.2 各项异性能
•     2.2.3 外磁场能（塞曼能）
•     2.2.4 退磁场能
•     2.2.5 磁弹性能
•     2.2.6 DMI（Dzyaloshinskii-Moriya interaction）作用能
•   2.3 微磁学计算过程中需要注意的事项
•   2.4 微磁学计算仿真软件介绍
• 第三章 微波磁场辅助下,快速激发磁性斯格明子
•   3.1 畴壁,磁性斯格明子,涡旋态,以及嵌套斯格明子的磁化分布
•     3.1.1 涡旋态
•     3.1.2 畴壁态
•     3.1.3 斯格明子和嵌套斯格明子以及涡旋态的对比
•   3.2 微波辅助下快速激发磁性斯格明子
•     3.2.1 仿真模型
•     3.2.2 仿真结果与讨论
•   3.3 结论
• 第四章 嵌套斯格明子的自旋动力势效应研究
•   4.1 动力势效应研究仿真模型
•   4.2 仿真计算
•   4.3 仿真结果
•   4.4 结论
• 第五章 嵌套斯格明子和斯格明子周期性排布的磁子晶体设计
•   5.1 自旋波和磁子晶体的特点
•   5.2 微磁学仿真参数
•   5.3 计算自旋波色散关系的数学处理方法
•   5.4 生成斯格明子和嵌套斯格明子交错阵列过程
•   5.5 计算结果
•   5.6 结论
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩海阳

导师: 杨燚

关键词: 微磁学,斯格明子,嵌套斯格明子,赛道存储器,自旋动力势效应,自旋波

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京大学

分类号: O441.2

总页数: 61

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