基于斯格明子的自旋转矩纳米振荡器的微磁学研究

论文摘要

磁性斯格明子是一种具有准粒子特性的自旋结构,其具有结构稳定、解钉扎电流密度小,可多场调控等优点。斯格明子由于在诸多自旋电子学器件,如赛道存储、自旋转矩纳米振荡器、类晶体管、自旋逻辑器件等的器件应用中的广阔前景,而得到了强烈的关注。本文介绍了基于磁性斯格明子的自旋转矩纳米振荡器频率特性的微磁学研究与一个具有势垒增强边界区域的基于磁性斯格明子的自旋转矩纳米振荡器的微磁学研究工作。在讨论上述工作之前,对相关研究背景进行了综述,如磁学与磁性材料、自旋电子学、磁性斯格明子及其相关器件应用研究。研究表明,在纳米圆盘磁性多层膜结构中的斯格明子可以被垂直注入的涡旋结构自旋极化的电流激发到一个稳定的回转运动状态。磁性斯格明子的该稳定的周期性振荡可通过巨磁电阻效应原理的转换而输出频率可调的电压信号,从而可用于设计自旋转矩纳米振荡器。然而当注入的电流密度大于一临界值时,纳米盘中的斯格明子会被挤到纳米盘边界并最后湮灭,因而无法再通过进一步增大电流密度来提高输出频率。本文介绍了一种具有垂直磁晶各向异性增强边界的纳米圆盘结构,在该结构下,驱动电流密度超过上述临界值时仍可把斯格明子约束于纳米盘内做稳定的振荡运动,从而提高这种基于斯格明子的自旋转矩纳米振荡器的频率以满足实际应用的需要。微磁学研究表明,所提出的新结构下的频率输出比原来无磁晶向异性增强边界时的结构可提高75%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 物质的磁性
•     1.1.1 磁学的起源与发展
•     1.1.2 宏观物质的磁性及其应用
•   1.2 自旋电子学研究内容与现状
•     1.2.1 自旋电学的形成与发展
•     1.2.2 磁电阻效应与自旋转移力矩效应
• 2 斯格明子的动力学特性及相关器件应用
•   2.1 斯格明子研究概述
•   2.2 自旋极化电流驱动下斯格明子的动力学行为
•   2.3 基于斯格明子的器件应用
• 3 基于斯格明子的自旋转矩纳米振荡器的频率特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 研究方法
•     3.2.1 微磁学的形成与发展
•     3.2.2 磁性材料中的磁相互作用能
•     3.2.3 静态与动态微磁学
•     3.2.4 OOMMF微磁学模拟
•   3.3 计算模型
•   3.4 纳米盘中的斯格明子在极化电流驱动下的圆周运动振荡
•     3.4.1 斯格明子在纳米盘中的动力学行为
•     3.4.2 圆周运动振荡频率的电流密度调控
•     3.4.3 圆周运动振荡频率的外加磁场调控
• 4 一个具有势垒增强边界的基于斯格明子的自旋纳米振荡器
•   4.1 引言
•   4.2 计算模型与计算过程
•   4.3 斯格明子动力学特性的Thiele方法分析
•   4.4 计算结果与讨论
•     4.4.1 垂直磁晶各向异性增强边界对斯格明子的势垒作用
•     4.4.2 纳米盘边界厚度的影响
•     4.4.3 更高的振荡频率特性及其非线性现象
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 丰友华

导师: 赵国平

关键词: 微磁学,磁性斯格明子,自旋转矩纳米振荡器,自旋电子学

来源: 四川师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 四川师范大学

分类号: O482.5;TN752

DOI: 10.27347/d.cnki.gssdu.2019.001092

总页数: 50

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