【摘要】：自旋極化電流產(chǎn)生的自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)(spin transfer torque, STT)是一種無需在外磁場的作用下就可以有效地操控磁矩方向的方法。磁渦旋的極性和手征性都可以作為攜帶信號的載體,所以STT驅(qū)動的磁渦旋在非易失性磁性隨機(jī)存儲器、超高密度記錄、磁傳感以及高頻微波振蕩器方面有著廣泛的應(yīng)用前景。本論文以納米點(diǎn)接觸方式通入極化電流,采用微磁模擬和解析計算的方法對有限尺寸坡莫納米盤中磁渦旋的動力學(xué)行為進(jìn)行研究,主要內(nèi)容如下：我們將垂直極化電流通過幾十納米大小的接觸點(diǎn)通入坡莫納米盤中以實(shí)現(xiàn)對磁渦旋動力學(xué)的激發(fā),首先研究了單個納米接觸點(diǎn)在盤中心時磁渦旋的動力學(xué)行為,包括磁渦旋核的極性反轉(zhuǎn)、手征性反轉(zhuǎn)以及極性和手征性共同反轉(zhuǎn)等動力學(xué)行為。接著探討了單個納米接觸點(diǎn)偏離盤中心時對磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)的影響,找到了一種減小臨界反轉(zhuǎn)電流密度和反轉(zhuǎn)時間的方法。我們還進(jìn)一步研究了在盤直徑上分布的三個納米接觸點(diǎn)驅(qū)動下的磁渦旋的完整動力學(xué)過程,包括磁渦旋核的極性反轉(zhuǎn)和暫態(tài)構(gòu)型以及磁渦旋的旋轉(zhuǎn)回歸運(yùn)動軌跡、旋轉(zhuǎn)頻率等。當(dāng)單個納米接觸點(diǎn)位于有限尺寸的坡莫納米盤中心時,適當(dāng)改變電流流向和電流的極化方向,通過調(diào)節(jié)電流密度的大小可以激發(fā)磁渦旋的旋轉(zhuǎn)回歸運(yùn)動并實(shí)現(xiàn)對磁渦旋核的極性和手征性的反轉(zhuǎn)。當(dāng)電流的極化方向和磁渦旋核的極性方向相反時,磁渦旋核的極性才可能發(fā)生反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)方式為磁渦旋與反磁渦旋的形核和湮滅機(jī)制；當(dāng)電流產(chǎn)生的奧斯特場的方向和磁渦旋的手征性方向反平行時,磁渦旋的手征性才可能發(fā)生反轉(zhuǎn),而且根據(jù)電流密度的大小不同,會有兩種不同模式的反轉(zhuǎn)方式：當(dāng)電流密度較低時,是幾個磁渦旋與反磁渦旋的形成和湮滅造成了磁渦旋的手征性反轉(zhuǎn),而當(dāng)電流密度較高時,磁渦旋核在整個反轉(zhuǎn)過程中始終位于盤的中心,是徑向和角向自旋波導(dǎo)致了磁渦旋手征性的反轉(zhuǎn)。與納米接觸點(diǎn)位于盤中心時相比,如果使納米接觸點(diǎn)偏離盤中心,我們發(fā)現(xiàn)磁渦旋核的極性反轉(zhuǎn)行為發(fā)生了很大變化。當(dāng)納米接觸點(diǎn)被設(shè)置在與盤中心有一定距離時,系統(tǒng)總有效勢能的圓周對稱性被打破,導(dǎo)致磁渦旋核很容易被激發(fā),而且磁渦旋核速度的周期性振蕩使其很容易達(dá)到臨界反轉(zhuǎn)速度而發(fā)生反轉(zhuǎn),進(jìn)而大大減小了磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)的臨界電流密度和反轉(zhuǎn)時間。適當(dāng)調(diào)節(jié)納米接觸點(diǎn)的位置,可以使臨界電流密度減小50%以上,另外,磁渦旋核反轉(zhuǎn)位置的相對固定還可以用于信息加密存儲設(shè)備。納米接觸點(diǎn)增加到三個時的坡莫納米盤中磁渦旋的動力學(xué)現(xiàn)象更為豐富。通過調(diào)節(jié)三個納米接觸點(diǎn)之間的距離和電流方向,不僅可以獲得不同于正常的旋轉(zhuǎn)回歸運(yùn)動,而且還可以實(shí)現(xiàn)磁渦旋核極性的反轉(zhuǎn),在電流密度較高且納米接觸點(diǎn)間的距離較大時,還得到了不同的暫態(tài)磁渦旋構(gòu)型。這里磁渦旋核的旋轉(zhuǎn)回歸運(yùn)動,是磁渦旋核被激發(fā)后,以不規(guī)律的速度和半徑增長,達(dá)到穩(wěn)態(tài)后磁渦旋核以周期性變化的速度和半徑作穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)。而且磁渦旋核的運(yùn)動軌跡不再是圓形,具體的軌跡形狀受系統(tǒng)奧斯特場能分布的影響。另外,磁渦旋核在運(yùn)動過程中受到的不均勻的各項場力造成了其在穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)后瞬時角頻率的周期性變化,進(jìn)而導(dǎo)致了磁渦旋核在穩(wěn)態(tài)運(yùn)動過程中速度也呈周期性變化。隨著電流密度的進(jìn)一步增加,磁渦旋核的極性發(fā)生了反轉(zhuǎn),但三種不同方向的電流組合下,不僅磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)的時間有很大不同,而且反轉(zhuǎn)后磁渦旋核還可能不回到納米盤的中心。通過對三種不同方向電流組合下系統(tǒng)總有效勢能的解析計算,發(fā)現(xiàn)是因?yàn)橄到y(tǒng)總有效勢能的非對稱性分布造成了磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)的快慢不同以及反轉(zhuǎn)后位置的變化。在電流密度更高及納米接觸點(diǎn)間距離更大時,在納米盤上形成了豐富的暫態(tài)磁渦旋構(gòu)型,說明電流產(chǎn)生的奧斯特場對磁矩構(gòu)型有較大影響,同時納米接觸點(diǎn)間距離大也為新構(gòu)型的形成提供了足夠空間。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2253398