發(fā)布時(shí)間：2021-06-24 05:50

　　拓?fù)浯判越Y(jié)構(gòu)由于其熱穩(wěn)定性高、尺寸小、狀態(tài)特征多樣化等優(yōu)點(diǎn),有望作為高密度非易失性磁存儲(chǔ)器、信息處理器、傳感器等新型磁電功能器件的基本單元,從而解決當(dāng)前磁性器件的性能瓶頸。對(duì)拓?fù)浯殴伦拥拇烹娞匦院碗妶隹煽匦缘奶剿餮芯?不僅可以使我們對(duì)磁性結(jié)構(gòu)的拓?fù)湎嘧冇懈钊氲睦斫?而且還可以為下一代自旋電子器件的發(fā)展提供新的開發(fā)思路。得益于拓?fù)浯判越Y(jié)構(gòu)中磁序的非共線分布及其衍生的磁電相互作用,基于inverseDzyaloshinskii–Moriya機(jī)制,通過外加電場和太赫茲脈沖,我們實(shí)現(xiàn)了拓?fù)浯判怨伦樱ù判許kyrmion、磁性渦旋）的超快、穩(wěn)定以及可重復(fù)性電學(xué)控制,為磁性孤子的應(yīng)用提供了重要的理論支持。具體內(nèi)容如下:1)多鐵性Skyrmion的電場調(diào)控。鐵磁/鐵電界面空間反射對(duì)稱性的破缺,為電場控制Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)和Dzyaloshinskii–Moriya相互作用打開了物理通道,也為室溫下多鐵Skyrmion動(dòng)力學(xué)的電場操控提供了實(shí)現(xiàn)途徑。本文中我們首先分析了鐵磁/鐵電界面處自旋結(jié)構(gòu)電場驅(qū)動(dòng)的相變演化,給出了穩(wěn)定Skyrmion晶格存在的條件。進(jìn)而,通過適度調(diào)整外加電場的大小,獲... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

五種典型拓?fù)浯判越Y(jié)構(gòu)(a)磁疇壁[7]、(b)磁性渦旋[10,11]、(c)磁性Skyrmion[12–14]、(d)磁泡[15]、(e)麥紉[16,17]的自旋組態(tài)

理論，鐵磁材料內(nèi)部相鄰原子的電子之間存在很強(qiáng)的“交換相互作用”，使得在無外磁場作用時(shí)，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。這些區(qū)域稱為“磁疇”。用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)等物理現(xiàn)象。在每一個(gè)磁疇內(nèi)，磁矩平行或反平行地有序排列，產(chǎn)生自發(fā)磁化，而不同磁疇的自發(fā)磁化矢量則隨機(jī)排列。在磁疇的邊界,磁矩從一個(gè)方向連續(xù)地過渡到另一個(gè)方向,從而形成磁疇壁(DW)。典型的磁疇壁有布洛赫疇壁(Blochwall)、奈爾疇壁(Neelwall)等(參考圖1-2)。磁疇的形狀、尺寸、磁疇壁的厚度由交換能、退磁場能、磁晶各向異性能及磁彈性能來決定。除了使用磁場操控，由于磁疇壁大多存在著手征特性，我們甚至還可以通過調(diào)節(jié)材料的DM相互作用(DMI)來驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)[28]，以此構(gòu)成的自旋電子器件受到了人們廣泛的關(guān)注。圖1-2:兩種磁疇壁中磁矩的過渡方式：(a)布洛赫壁中磁矩過渡的方式，(b)奈耳壁中磁矩過渡的方式。（來自網(wǎng)絡(luò)）由于硅基微電子器件和磁性硬盤基本上都是晶體管和磁位的二維陣列，因此開發(fā)成本更低、速度更快的器件的傳統(tǒng)方法依賴于減小單個(gè)存儲(chǔ)器元件或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位的大校隨著磁性納米材料的飛速發(fā)展，基于自旋的邏輯器件、存儲(chǔ)器件等由于存在著非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、極低的能量耗散、較高的存儲(chǔ)密度和良好的可擴(kuò)展性等眾多優(yōu)勢，我們將有機(jī)會(huì)可以打破現(xiàn)有半導(dǎo)體材料的限制，進(jìn)2

蘭州大學(xué)博士學(xué)位論文拓?fù)浯判猿齑烹娦?yīng)的研究一步促進(jìn)新一代自旋電子器件的產(chǎn)生。其中，以磁疇壁等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基本單元的體系甚至可以做成三維器件，利用拓?fù)涔伦拥目焖龠\(yùn)動(dòng)、高密度構(gòu)成等特點(diǎn)來處理和存儲(chǔ)信息。圖1-3:基于磁疇壁的賽道存儲(chǔ)器示意圖。A和B分別為U型和水平存儲(chǔ)器的整體結(jié)構(gòu)圖。C和D分別為“讀”、“寫”設(shè)備。E為存儲(chǔ)器陣列示意圖。[7]比較典型的一種方法是“賽道”存儲(chǔ)器，如圖1-3所示，利用磁疇將信息存儲(chǔ)在垂直排列在硅片表面的磁性材料高柱中。賽道是一個(gè)鐵磁性納米線，數(shù)據(jù)編碼為沿該線一部分的磁疇圖案。高自旋極化電流的脈沖沿著導(dǎo)線的長度連貫地移動(dòng)整個(gè)疇壁圖形穿過讀寫元件。納米線的長度大約是疇壁圖案的兩倍，因此疇壁可以向任一方向移動(dòng)。圖1-3(A)展示了垂直配置的賽道通過將圖案存儲(chǔ)在垂直于基板平面的U形納米線中，提供了最高的存儲(chǔ)密度。此示意圖顯示了疇壁沿著U的一個(gè)分支移動(dòng)之前和之后的情景，賽道中的磁性圖案經(jīng)過讀和寫器件再向上移動(dòng)到另一個(gè)分支。圖1-3(B)為水平配置中使用平行于基板平面的3


本文編號(hào)：3246505