缺陷對反鐵磁斯格明子動力學的影響
發(fā)布時間：2020-12-29 15:26
反鐵磁斯格明子作為一種新型的穩(wěn)定磁結構,具有尺寸小、運動速度快、無斯格明子霍爾效應等諸多優(yōu)良特性,有望應用于下一代“更小、更快、更節(jié)能”的信息存儲設備或其他自旋電子器件中,從而引起了人們的廣泛關注。在本文中,我們運用解析推導和微磁學數(shù)值模擬的方法,系統(tǒng)地研究了兩類由磁晶各向異性強度發(fā)生局部變化而引起的缺陷對反鐵磁斯格明子運動的影響。計算結果顯示,在反鐵磁斯格明子的運動過程中,這兩類缺陷都如同釘扎點一般,會阻礙斯格明子的運動,在某些情況下甚至還會破壞它的拓撲結構。其產生的具體結果主要取決于驅動電流的大小和缺陷的強度與尺寸。進而我們從能量和力的角度,對不同情況下反鐵磁斯格明子的運動行為進行了合理的解釋。特別地,當兩個斯格明子同時在有缺陷的賽道上運動時,會出現(xiàn)一個斯格明子順利通過缺陷區(qū)域,而另一個被釘扎的現(xiàn)象�；诖�,本文提出了一種以反鐵磁斯格明子為基本單元的新型邏輯門電路原型。該設計能很好地實現(xiàn)邏輯“與門”、“或門”、“非門”、“與非門”和“或非門”這五種邏輯門的基本邏輯運算。它的成功建立在多種現(xiàn)有的研究成果之上,包括自旋霍爾效應、壓控磁各向異性效應、斯格明子之間的相互作用,以及斯格明子和...
【文章來源】：四川師范大學四川省
【文章頁數(shù)】：49 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
磁性斯格明子的自旋結構
四川師范大學碩士學位論文6如圖1.2所示，根據(jù)反鐵磁序的結構特點，我們可以將反鐵磁斯格明子看作兩個磁矩分布完全反平行的鐵磁斯格明子的鑲嵌體。從拓撲的角度，這兩個鐵磁斯格明子的拓撲數(shù)Q分別為+1和-1，那么，整體而言，反鐵磁斯格明子的拓撲數(shù)恰好為0。我們知道，當用外力驅動鐵磁斯格明子時，它總是會受到一項與斯格明子拓撲數(shù)相關的馬格努斯力，其數(shù)學表達式為G×v，其中，該力垂直于斯格明子的運動方向[50]。所以，鐵磁斯格明子在運動過程會出現(xiàn)橫向漂移，即斯格明子的霍爾效應[63,87,88]。若在一個有限的納米賽道中，這一現(xiàn)象很有可能會導致斯格明子在賽道的邊界發(fā)生湮滅[88]，從而嚴重影響信息的非易失性和設備的穩(wěn)定性。當然，斯格明子霍爾效應也有一些其他正面的應用。比如，若在某一容器中同時存在拓撲數(shù)符號不同的斯格明子。當加入驅動電流時，根據(jù)斯格明子霍爾效應，拓撲數(shù)相同的斯格明子會向同一側運動，而拓撲數(shù)相反的斯格明子都會向另一側運動。從而，可以將這些斯格明子很好地區(qū)分開來，這樣的設備相當于一個斯格明子過濾器。圖1.2反鐵磁斯格明子的自旋結構。綜上所述，我們可以將反鐵磁斯格明子看作兩個拓撲數(shù)相反的鐵磁斯格明子的結合體。那么，在驅動過程中，這兩個鐵磁斯格明子分別受到一個等大反向的馬格努斯力。對于反鐵磁斯格明子，這兩個力恰好完全抵消，它受到的總馬格努斯力為0。所以，與鐵磁斯格明子相比，反鐵磁斯格明子在運動過程中不會產生斯格明子霍爾效應，可沿驅動力方向運動[76,77,80,82,85,86]。其次，反鐵磁斯格明子的運動速度遠遠大于鐵磁斯格明子。一方面，在同樣的驅動力的作用下，反鐵磁斯格明子的速度明顯比鐵磁斯格明子的大[77,80,82,86]。沈來川等人[80]發(fā)現(xiàn)，以磁晶各
四川師范大學碩士學位論文82理論研究基礎2.1反鐵磁體系中的自由能泛函考慮一個最簡單的一維反鐵磁體系，我們分別用α和β去表征兩套相互交錯排列的亞晶格。如圖2.1所示，每一個格點上有一個磁矩，它的最鄰近有兩個磁矩，相鄰磁矩反平行排列。也就是說，除了左右邊界上的兩個格點，每一個α磁矩的左右兩邊都是β磁矩，反之，每一個β磁矩左右兩邊都是α磁矩。假設左邊界的格點為α磁矩，右邊界的格點為β磁矩，那么整個體系處于基態(tài)時應當是完全補償?shù)�，凈磁矩為零。對于這樣一個自旋鏈，若我們考慮同時存在垂直磁各向異性，則離散型的總哈密頓量可表示為[89,90]：，其中，J是海森堡交換常數(shù)，〈α，β〉表示對所有最鄰近亞晶格上磁矩的求和；K是垂直各向異性常數(shù)。通常來說，海森堡交換相互作用迫使相鄰磁矩反平行排列，垂直磁各向異性相互作用使磁矩偏向易軸方向；其次，在一些手性磁體中，由于對稱性反演破缺會導致DM相互作用[45,46]。這一項相互作用是使相鄰磁矩垂直排列。此外，對于反鐵磁體系，由于總的凈磁矩趨于零，所以退磁能可以忽略不計。圖2.1一維反鐵磁自旋鏈模型。橙色箭頭表示α亞晶格上的磁矩方向，綠色箭頭代表β亞晶格上的磁矩方向[89]。引入另一套標準定義，總約化磁矩mi和雜散序參（奈爾矢）ni:，(2.2a)。(2.2b)因此，對于每一個單元胞將滿足和，且每一個格點上的磁矩可表示為：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Magnetic skyrmions:intriguing physics and new spintronic device concepts[J]. Yan Zhou. National Science Review. 2019(02)
本文編號：2945869
【文章來源】：四川師范大學四川省
【文章頁數(shù)】：49 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
磁性斯格明子的自旋結構
四川師范大學碩士學位論文6如圖1.2所示，根據(jù)反鐵磁序的結構特點，我們可以將反鐵磁斯格明子看作兩個磁矩分布完全反平行的鐵磁斯格明子的鑲嵌體。從拓撲的角度，這兩個鐵磁斯格明子的拓撲數(shù)Q分別為+1和-1，那么，整體而言，反鐵磁斯格明子的拓撲數(shù)恰好為0。我們知道，當用外力驅動鐵磁斯格明子時，它總是會受到一項與斯格明子拓撲數(shù)相關的馬格努斯力，其數(shù)學表達式為G×v，其中，該力垂直于斯格明子的運動方向[50]。所以，鐵磁斯格明子在運動過程會出現(xiàn)橫向漂移，即斯格明子的霍爾效應[63,87,88]。若在一個有限的納米賽道中，這一現(xiàn)象很有可能會導致斯格明子在賽道的邊界發(fā)生湮滅[88]，從而嚴重影響信息的非易失性和設備的穩(wěn)定性。當然，斯格明子霍爾效應也有一些其他正面的應用。比如，若在某一容器中同時存在拓撲數(shù)符號不同的斯格明子。當加入驅動電流時，根據(jù)斯格明子霍爾效應，拓撲數(shù)相同的斯格明子會向同一側運動，而拓撲數(shù)相反的斯格明子都會向另一側運動。從而，可以將這些斯格明子很好地區(qū)分開來，這樣的設備相當于一個斯格明子過濾器。圖1.2反鐵磁斯格明子的自旋結構。綜上所述，我們可以將反鐵磁斯格明子看作兩個拓撲數(shù)相反的鐵磁斯格明子的結合體。那么，在驅動過程中，這兩個鐵磁斯格明子分別受到一個等大反向的馬格努斯力。對于反鐵磁斯格明子，這兩個力恰好完全抵消，它受到的總馬格努斯力為0。所以，與鐵磁斯格明子相比，反鐵磁斯格明子在運動過程中不會產生斯格明子霍爾效應，可沿驅動力方向運動[76,77,80,82,85,86]。其次，反鐵磁斯格明子的運動速度遠遠大于鐵磁斯格明子。一方面，在同樣的驅動力的作用下，反鐵磁斯格明子的速度明顯比鐵磁斯格明子的大[77,80,82,86]。沈來川等人[80]發(fā)現(xiàn)，以磁晶各
四川師范大學碩士學位論文82理論研究基礎2.1反鐵磁體系中的自由能泛函考慮一個最簡單的一維反鐵磁體系，我們分別用α和β去表征兩套相互交錯排列的亞晶格。如圖2.1所示，每一個格點上有一個磁矩，它的最鄰近有兩個磁矩，相鄰磁矩反平行排列。也就是說，除了左右邊界上的兩個格點，每一個α磁矩的左右兩邊都是β磁矩，反之，每一個β磁矩左右兩邊都是α磁矩。假設左邊界的格點為α磁矩，右邊界的格點為β磁矩，那么整個體系處于基態(tài)時應當是完全補償?shù)�，凈磁矩為零。對于這樣一個自旋鏈，若我們考慮同時存在垂直磁各向異性，則離散型的總哈密頓量可表示為[89,90]：，其中，J是海森堡交換常數(shù)，〈α，β〉表示對所有最鄰近亞晶格上磁矩的求和；K是垂直各向異性常數(shù)。通常來說，海森堡交換相互作用迫使相鄰磁矩反平行排列，垂直磁各向異性相互作用使磁矩偏向易軸方向；其次，在一些手性磁體中，由于對稱性反演破缺會導致DM相互作用[45,46]。這一項相互作用是使相鄰磁矩垂直排列。此外，對于反鐵磁體系，由于總的凈磁矩趨于零，所以退磁能可以忽略不計。圖2.1一維反鐵磁自旋鏈模型。橙色箭頭表示α亞晶格上的磁矩方向，綠色箭頭代表β亞晶格上的磁矩方向[89]。引入另一套標準定義，總約化磁矩mi和雜散序參（奈爾矢）ni:，(2.2a)。(2.2b)因此，對于每一個單元胞將滿足和，且每一個格點上的磁矩可表示為：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Magnetic skyrmions:intriguing physics and new spintronic device concepts[J]. Yan Zhou. National Science Review. 2019(02)
本文編號：2945869
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