【摘要】：磁性材料中非共線的自旋結(jié)構(gòu)因其新奇的物理現(xiàn)象得到了廣泛的研究,而磁性斯格明子作為一種拓撲保護的,具有粒子特性的非線性自旋構(gòu)型,常常出現(xiàn)在缺乏中心對稱性的手性B20化合物(如MnSi、FeGe和Fe_(1-x)Co_xSi)中。斯格明子因其極低的電流驅(qū)動和高效的磁電耦合特性,很有可能被用于構(gòu)筑下一代自旋電子器件、內(nèi)存邏輯單元和微波器件。第一章,主要介紹斯格明子相關(guān)的背景知識。介紹了斯格明子的基本概念,利用中子散射或Lorentz透射電子顯微鏡對三維(MnSi)和二維(Fe_(0.5)Co_(0.5)Si)材料體系中斯格明子晶格的實驗觀測。第二章,主要介紹了微磁學研究的相關(guān)理論背景。利用包含各類磁性相互作用的自旋模型來模擬材料的磁性結(jié)構(gòu),蒙特卡洛模擬來模擬材料的退火過程,LLG方程來研究電流、磁場條件下磁性結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化。第三章,主要利用了自旋模型,并根據(jù)蒙特卡洛模擬和其他數(shù)值優(yōu)化方法,對手性材料的磁性結(jié)構(gòu)進行了模擬計算。對于三維體系,計算模擬了螺旋相、錐形相、斯格明子相這三種非線性磁性結(jié)構(gòu),簡要地介紹了各個相的基本特點。對于二維體系,模擬得到的磁場-溫度相圖與其三維的情形有所差異,錐形態(tài)由于材料厚度的約束而消失,取而代之的是占據(jù)更大相區(qū)更加穩(wěn)定的斯格明子相。第四章,主要利用了自旋模型和LLG微磁學模擬,探討了磁場和電流對斯格明子動力學特性的影響。當斯格明子處于特定頻率的交變磁場中時將會發(fā)生共振現(xiàn)象。沿著z軸施加的交變磁場會產(chǎn)生呼吸模式,而施加在平面內(nèi)的交變磁場則會產(chǎn)生CCW和CW兩種共振模式。電流能夠有效地驅(qū)動斯格明子的運動,其運動的速度和電流密度成正比。絕熱STT項主要影響著斯格明子沿著平行于電流方向的速度,而非絕熱STT項主要影響著斯格明子沿著垂直于電流方向的速度。斯格明子具有一定的“粒子”性,在碰撞過程中可以在一定程度的形變后快速恢復原狀,個體之間具有一定的互斥性。第五章,本論文的簡要總結(jié)。
【圖文】：

例如，磁疇和磁旋渦在自旋轉(zhuǎn)移力矩的作用下可以被電流驅(qū)動，-電子器件上（比如磁性賽道內(nèi)存）得到了應(yīng)用。多鐵中磁性誘導的個典型的例子。在 TbMnO3此類的絕緣磁體中，磁性螺旋將誘導不布，并進一步借由自旋-軌道耦合產(chǎn)生鐵電極化[8]。自旋和鐵電極化合會產(chǎn)生豐富的互相關(guān)現(xiàn)象，比如通過磁場的開關(guān)控制鐵電極化[9]旋手性[10]和磁疇分布[11]等。了這些磁性結(jié)構(gòu)，磁性斯格明子[12-14]作為一種納米量級的自旋螺旋的研究。斯格明子最初由英國物理學家 TonySkyrme 為解釋粒子物定性而提出的三維空間的非線性 sigma 模型的拓撲解[15,16]。在最初性斯格明子包含著指向各個方向的自旋，這些自旋包裹著球體朝外所示。當這些自旋逐漸的旋轉(zhuǎn)時，它們的拓撲性仍然保持不變，如圖為了紀念 Skyrme 的研究貢獻，人們把核物理、量子 Hall 效應(yīng)、液玻色-愛因斯坦凝聚等體系中出現(xiàn)的類粒子態(tài)(particle-likestate)都定(skyrmion)[17]。

圖 1-2 二維體系下的斯格明子，單軸各向異性沿著垂直方向。斯格明子邊緣的磁化指向上方，而中心的指向朝下。沿著半徑方向由內(nèi)到外，磁化強度沿著垂直于半徑方圖(a)）或平行于半徑方向（圖(b)）圖(b)旋轉(zhuǎn)了 2π。圖(c)為二維斯格明子在施加外加磁的手性鐵磁中的六方結(jié)構(gòu)，形成三角的晶格結(jié)構(gòu)。摘自文獻[14]。有一種基于拓撲性來定義孤波的數(shù)學方法，這里即斯格明子數(shù) Q：Q = ( ) (1-1)其中 q(x, y)為拓撲密度，表示為： ( ) = π ( × ) (1-2)其中 m 代表一個矢量場，這里代表鐵磁材料的單位局域磁化強度。斯格明數(shù)表示了單位矢量 m(r)繞著單位球的包裹數(shù)。利用斯格明子的對稱性，二格明子的單位矢量 m(r)可寫作：
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O482.5

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本文編號：2669634