磁性异质结的自旋动力学模拟

论文摘要

随着科技的发展,人们把目标从只注重于电子的电荷属性上迁移到自旋属性上,这带来了全新的学科——自旋电子学。自旋电子学同时考虑了电子的自旋和电荷属性,在传统的工艺上进行创新,利用自旋属性辅助或者替代原有的电学器件,如自旋微波振荡器、磁存储器等。1988年,GMR效应的发现极大地促进了自旋电子学的发展,其商业化进程非常迅速,过去的几十年里,磁盘的存储空间一再扩大,读写速度也不断提升,而GMR效应也被应用于多个领域,取得了巨大的成功。在后续的研究中,自旋电子学也继续取得突破,包括隧穿磁电阻、自旋转移矩效应、自旋轨道矩、二维电子材料和拓扑绝缘体等方向的重要突破。商业转化也在同步进行,目前STT-MRAM的生产、自旋电子学在半导体器件中的应用于技术的更新都是成功的商业应用。本文的研究内容主要聚焦在自旋微波振荡器。首先,我们从现有的自旋动力学模型（LLG方程）进行出发,引入自旋转移矩进行分析和计算,同时考虑短波长磁振子激发的影响,引入BBS模型计算在FM/NM/FM结构中设计自旋微波振荡器的可行性,并计算其性能。同时我们对LLGS方程与BBS方程的运算结构进行对比分析,二者都获得了稳定的进动,可以实现设计自旋微波振荡器的目的。在进一步的研究中,我们采取人工合成反铁磁结构替代原有的三明治磁性异质结结构,在这种结构中考虑RKKY相互作用,继续应用BBS模型进行模拟计算,我们计算得到了THz级别的振荡信号。我们对两层磁矩进行了进一步探究,对电流、磁性层厚度、RKKY相互作用强度与微波频率和输出功率的影响进行了研究。我们的研究为探索太赫兹自旋电子学器件提供了新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 自旋电子学发展简介
•   1.2 巨磁电阻效应（GMR）和隧穿磁电阻效应（TMR）
•     1.2.1 巨磁电阻效应的原理与应用
•     1.2.2 隧穿磁电阻效应的原理与应用
•     1.2.3 自旋转移矩效应
•   1.3 自旋流
•     1.3.1 自旋流简介
•     1.3.2 自旋轨道耦合与自旋流产生原理
•     1.3.3 自旋流的应用
•   1.4 本文主要研究目的与内容
• 第2章 自旋动力学与计算模拟
•   2.1 LLGS方程
•     2.1.1 LLG方程的理论依据
•     2.1.2 自旋转移矩的引入与LLGS方程
•   2.2 BBS方程
•     2.2.1 BB方程的提出与改良
•     2.2.2 自旋转移矩的引入与BBS方程
•   2.3 研究所用软件、模型
•   2.4 本章小结
• 第3章 短波长磁振子激发的磁矩进动
•   3.1 自旋微波振荡器原理
•   3.2 短波长磁振子
•     3.2.1 短波长磁振子简介
•     3.2.2 弛豫时间
•   3.3 计算结果与分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于人工合成反铁磁体的太赫兹振荡器
•   4.1 人工合成反铁磁
•     4.1.1 人工合成反铁磁简介
•     4.1.2 RKKY相互作用
•   4.2 太赫兹振荡器
•     4.2.1 太赫兹振荡器的发展背景
•     4.2.2 基于自旋转移矩制作太赫兹振荡器
•   4.3 计算结果与分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 本论文主要取得的研究成果
•   5.2 研究方向的未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 参加学术会议与论文发表
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵寅睿

导师: 颜世申

关键词: 自旋电子学,自旋微波振荡器,自旋转移矩,短波长磁振子,太赫兹

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 山东大学

分类号: O441

总页数: 58

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