發(fā)布時(shí)間：2020-10-28 00:22

　　 磁振子晶體是一種具有周期性結(jié)構(gòu)的人工磁性介質(zhì)。由于磁振子晶體作為周期結(jié)構(gòu)材料的非均勻填充性質(zhì)導(dǎo)致了它與傳統(tǒng)材料的不同,而且自旋波在磁振子晶體中具有新穎、高效的傳播性質(zhì),在未來的微波應(yīng)用領(lǐng)域中具有很大的潛力。自旋波的波長(zhǎng)可以持續(xù)到0.1nm的范圍,相比于同頻率的電磁波(光子)自旋波波長(zhǎng)則更短,可以應(yīng)用于小于10nm的設(shè)備。此外,自旋波頻率覆蓋范圍也非常廣范,可以根據(jù)需求進(jìn)行人工晶體的調(diào)控。同時(shí)磁振子晶體允許自旋信息在室溫下進(jìn)行傳輸,且傳輸過程中不會(huì)消耗焦耳熱量。綜上,節(jié)能又高效以及其它眾多優(yōu)點(diǎn)使磁振子晶體的相關(guān)研究近幾年在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)正快速發(fā)展。磁振子晶體這些相關(guān)應(yīng)用主要是利用其能帶結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生的帶隙,所以要使磁振子晶體滿足更多的應(yīng)用,首要研究任務(wù)就是獲得更多可以人工剪裁的帶隙結(jié)構(gòu)。然而帶隙打開的困難之處就在于其布里淵區(qū)高對(duì)稱點(diǎn)處所產(chǎn)生的簡(jiǎn)并態(tài),簡(jiǎn)并越強(qiáng)越不利用于磁振子晶體帶隙的打開,因此如何消除這些高對(duì)稱點(diǎn)處的簡(jiǎn)并態(tài)是磁振子晶體帶隙優(yōu)化的真正途徑。降低晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性就是一個(gè)非常好的消除簡(jiǎn)并態(tài)方法,因此利用人工晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非對(duì)稱性可以有效地將簡(jiǎn)并態(tài)分離開。本文在前人研究的基礎(chǔ)上提出了非對(duì)稱結(jié)構(gòu)磁振子晶體模型。在以往研究中通常認(rèn)為晶體的不可約布里淵區(qū)是不發(fā)生變化的,即將第一布里淵區(qū)約化成傳統(tǒng)小區(qū)域,該區(qū)域是指對(duì)稱結(jié)構(gòu)磁振子晶體模型對(duì)應(yīng)的不可約布里淵區(qū)。然而由于人造晶體的結(jié)構(gòu)具有可調(diào)控性,其結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是可以發(fā)生變化的。本論文研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶格結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非對(duì)稱性時(shí),就使其不可約布里淵區(qū)也發(fā)生改變,即不可約布里淵區(qū)不再是原來傳統(tǒng)的小區(qū)域,可能會(huì)擴(kuò)大。此外,對(duì)于對(duì)稱結(jié)構(gòu)磁振子晶體而言,由于每一條能帶的頻率極值都位于不可約布里淵區(qū)邊界高對(duì)稱線上,所以只沿約化后的小區(qū)域邊界高對(duì)稱線計(jì)算就能得到整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)真實(shí)的帶隙結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)磁振子晶體而言,能帶的極大值與極小值出現(xiàn)的位置也不再位于不可約區(qū)域邊界高對(duì)稱線上了,而是可能出現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)部。因此,對(duì)于具有非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的這類磁振子晶體,若將其第一布里淵區(qū)約化到傳統(tǒng)小區(qū)域并只計(jì)算沿其邊界上的帶結(jié)構(gòu)是不能獲得準(zhǔn)確的帶結(jié)構(gòu)信息,必須擴(kuò)大研究范圍甚至在整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)計(jì)算帶頻率才能得到完全的帶結(jié)構(gòu)信息。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：O481
【部分圖文】：

內(nèi)蒙古師范大學(xué)碩士學(xué)位論文8約布里淵區(qū)可以看出，在以往的研究中針對(duì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的磁振子晶體而言，分析其能帶結(jié)構(gòu)時(shí)并不需要計(jì)算整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)的頻率情況，只需要沿約化后的小區(qū)域邊界高對(duì)稱線計(jì)算即可。這是因?yàn)楹?jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)通常對(duì)稱性較高，這類結(jié)構(gòu)在整個(gè)布里淵區(qū)內(nèi)的頻率分布也是呈對(duì)稱狀態(tài)，且每一部分情況都相同。因此約化后的小區(qū)域內(nèi)頻率分布情況就可以完全準(zhǔn)確代替整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)的頻率分布情況的。同時(shí)該情況中每一條能帶頻率極值的出現(xiàn)位置也都位于邊界高對(duì)稱線上，所以只需沿約化后的小區(qū)域邊界高對(duì)稱線計(jì)算，就能夠準(zhǔn)確得到整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)真實(shí)的帶隙寬度。然而當(dāng)降低晶體的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)非對(duì)稱性越大時(shí)，其不可約布里淵區(qū)也會(huì)由于非對(duì)稱性的出現(xiàn)而改變，即不可約布里淵區(qū)不再是原來傳統(tǒng)的小區(qū)域，會(huì)擴(kuò)大甚至到整個(gè)第一布里淵區(qū)。此外，頻率極大值與極小值出現(xiàn)的位置也會(huì)發(fā)生改變，可能不再位于改變后的不可約布里淵區(qū)邊界高對(duì)稱線上，而是出現(xiàn)在其內(nèi)部。所以對(duì)于具有非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的這類磁振子晶體，再按照以往研究將其第一布里淵區(qū)約化到小區(qū)域并只計(jì)算邊界線上的能帶結(jié)構(gòu)是不充分的，不可以得到所有自旋波的色散關(guān)系。圖1-1（a）正方對(duì)稱晶格結(jié)構(gòu)不可約化布里淵區(qū)ΓΜΧ，（b）三角對(duì)稱晶格結(jié)構(gòu)不可約化布里淵區(qū)ΓΜΚFig1-1(a)TheirreduciblefirstbrillouinzonesofsquarelatticeΓΜΧ,(b)TheirreduciblefirstbrillouinzonesoftriangularlatticeΓΜΚ因此，為了分析清楚非對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)磁振子晶體第一布里淵區(qū)內(nèi)頻率分布的影響，以及獲得非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確帶隙寬度值。本文提出了非對(duì)稱結(jié)構(gòu)復(fù)式磁振子晶體模型，該非對(duì)稱結(jié)構(gòu)模型采用氧化銪為基底材料、鐵圓柱為散射體材料。首

第二章二維非對(duì)稱結(jié)構(gòu)磁振子晶體模型及計(jì)算方法1122ΓΥΜΜ的邊界線計(jì)算得出頻散關(guān)系，繪制出能帶結(jié)構(gòu)圖像。并將六種情況在四個(gè)區(qū)域內(nèi)計(jì)算所得的能帶結(jié)構(gòu)與二維簡(jiǎn)單正方晶體的能帶結(jié)構(gòu)分別作對(duì)比，分析非對(duì)稱性的引入對(duì)能帶結(jié)構(gòu)帶來的影響，以及六種情況相互之間的對(duì)比分析非對(duì)稱的強(qiáng)弱對(duì)能帶結(jié)構(gòu)帶來的變化。以上便是第一階段的工作的主要內(nèi)容。第二階段工作要擴(kuò)大研究范圍，分析整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)的頻率分布情況，即不再只沿以往規(guī)定的第一布里淵區(qū)邊界線計(jì)算，而是對(duì)整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)的頻率分布進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。由于本文是為強(qiáng)調(diào)非對(duì)稱性對(duì)第一布里淵區(qū)帶來的影響，所以在第二階段工作中計(jì)算時(shí)將選取上述六個(gè)位置中，非對(duì)稱性為最大時(shí)的晶體結(jié)構(gòu)模型來計(jì)算。即選取當(dāng)鐵圓柱B位于6P時(shí)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)其整個(gè)第一布里淵區(qū)內(nèi)的每條自旋波頻率分布的極值大小和分布位置進(jìn)行說明。圖2-1(a)二維簡(jiǎn)單正方磁振子晶體結(jié)構(gòu)模型，（b）二維非對(duì)稱復(fù)式磁振子晶體結(jié)構(gòu)模型，

第三章二維非對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)磁振子晶體布里淵區(qū)的影響17A的填充率為Af，鐵圓柱B的填充率為Bf，兩個(gè)鐵圓柱都插入時(shí)條件滿足總填充率0.5BAfff，且3.0/ABRR，即09.0/ABff。圖3-1所示為在總填充率0.5BAfff的情況下，當(dāng)未填充鐵圓柱B僅填充鐵圓柱A時(shí)的簡(jiǎn)單正方結(jié)構(gòu)，按以往研究中的不可約化布里淵區(qū)ΜΓΧΜ沿邊界高對(duì)稱線計(jì)算所得的能帶結(jié)構(gòu)圖，此時(shí)的能帶結(jié)構(gòu)圖作為以下六個(gè)非對(duì)稱情況在整個(gè)布里淵區(qū)內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)的對(duì)比項(xiàng)。其中圖上頻率由低到高分別標(biāo)注了十條能帶1，2......10，帶隙由jiB表示，由其能帶結(jié)構(gòu)圖可知，此時(shí)共有五條帶隙產(chǎn)生，分別為21B、32B、54B、65B、109B。五條帶隙中最寬帶隙為32B，最窄帶隙為109B，其余帶隙寬度都介于此二者之間。圖3-1簡(jiǎn)單正方磁振子晶體結(jié)構(gòu)在不可約化布里淵區(qū)ΜΓΧΜ內(nèi)的帶隙情況Fig3-1BandgapsofsinglecylindricalsquarelatticeintheirreduciblebrillouinzoneΜΓΧΜ圖3-2所示為在總填充率0.5BAfff的情況下，且3.0/ABRR，即09.0/ABff。當(dāng)鐵圓柱B填充在1P位置時(shí)，在整個(gè)第一不可約布里淵區(qū)內(nèi)計(jì)算的能帶結(jié)構(gòu)情況如下四副圖。同樣頻率由低到高分別標(biāo)注十條能帶1，2......10。此時(shí)由鐵圓柱B填充在1P位置，即位于晶格中心對(duì)稱點(diǎn)上，所以晶格結(jié)構(gòu)并未打破對(duì)稱結(jié)構(gòu)，仍然處于對(duì)稱結(jié)構(gòu)狀態(tài)。此時(shí)情況下，該非對(duì)稱結(jié)構(gòu)模型磁振子晶
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