磁skyrmion是一種具有拓?fù)浔Ｗo(hù)性質(zhì)的自旋結(jié)構(gòu)。由于其本身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),近年來磁skyrmion被證明在賽道存儲器和自旋納米振蕩器等自旋電子器件當(dāng)中有極大的應(yīng)用潛力。然而在這些自旋電子器件商業(yè)應(yīng)用之前仍舊存在很多需要解決的問題。本文通過微磁學(xué)手段研究了磁skyrmion的動力學(xué)過程,并提出了一系列方法來優(yōu)化其在賽道存儲器以及自旋納米振蕩器上的應(yīng)用。除此之外,還對比研究了磁疇壁和磁渦旋的靜態(tài)性質(zhì)以及動力學(xué)過程。關(guān)于賽道存儲器的研究,因?yàn)槊鎯?nèi)360度疇壁有著較好的防磁場干擾的能力,所以我們在第三章研究了Dzyaloshinskii-Moriya interaction(DMI)對電流驅(qū)動的360度疇壁運(yùn)動的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)DMI存在時,360度疇壁的最大臨界速度提高了19.87%,并且疇壁更容易通過缺陷釘扎。相比于磁疇壁來說,磁skyrmions作為賽道存儲器的存儲單元有著尺寸小、穩(wěn)定性高和低驅(qū)動電流密度的優(yōu)點(diǎn),所以在第四章我們研究了電流驅(qū)動的四種類型skyrmions運(yùn)動,發(fā)現(xiàn)除了Twisted skyrmion在一定條件下可以避免skyrmion霍爾效應(yīng)外,其它三種類型skyrmion...

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 磁電阻效應(yīng)
        1.1.1 各向異性磁電阻效應(yīng)
        1.1.2 巨磁電阻效應(yīng)
        1.1.3 隧穿磁電阻效應(yīng)
    1.2 自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)
    1.3 自旋霍爾效應(yīng)
    1.4 磁skyrmion
        1.4.1 磁skyrmion的觀測
        1.4.2 磁skyrmion的微磁學(xué)激發(fā)
    1.5 賽道存儲器
    1.6 自旋納米振蕩器
    1.7 本論文主要內(nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第二章 微磁學(xué)基礎(chǔ)理論
    2.1 磁體中的能量項(xiàng)
        2.1.1 交換能
        2.1.2 塞曼能(Zeeman energy)
        2.1.3 退磁能
        2.1.4 磁晶各向異性能
        2.1.5 DMI能
    2.2 靜態(tài)微磁學(xué)
    2.3 動態(tài)微磁學(xué)
        2.3.1 無阻尼時磁化進(jìn)動方程
        2.3.2 有阻尼時磁化進(jìn)動方程
        2.3.3 包含STT的 LLG方程
        2.3.4 包含SOT的 LLG方程
    2.4 數(shù)值計算方法
        2.4.1 有限差分方法
        2.4.2 有限元方法
    2.5 常用的微磁學(xué)軟件
    參考文獻(xiàn)
第三章 DMI對360度疇壁靜態(tài)性質(zhì)與動力學(xué)影響
    3.1 微磁學(xué)模型及參數(shù)
    3.2 DMI對360度疇壁靜態(tài)性質(zhì)的影響
    3.3 DMI對360度疇壁動力學(xué)過程的影響
    3.4 缺陷釘扎對360度疇壁運(yùn)動的影響
    3.5 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 電流驅(qū)動的磁skyrmion賽道存儲器
    4.1 電流驅(qū)動的Twisted skyrmion運(yùn)動
        4.1.1 微磁學(xué)模型和材料參數(shù)
        4.1.2 四種類型skyrmions的拓?fù)湫再|(zhì)
        4.1.3 STT驅(qū)動的Twisted skyrmions動力學(xué)
        4.1.4 SHE驅(qū)動的Twisted skyrmions動力學(xué)
        4.1.5 小結(jié)
    4.2 Skyrmion在邊界勢壘納米帶中的運(yùn)動
        4.2.1 微磁學(xué)模型以及參數(shù)
        4.2.2 Skyrmion在邊界勢壘納米帶中的靜態(tài)特性
        4.2.3 Skyrmion在邊界勢壘納米帶中的動力學(xué)過程
        4.2.4 小結(jié)
    4.3 SHE驅(qū)動的反鐵磁skyrmion的運(yùn)動
        4.3.1 微磁學(xué)模型和參數(shù)
        4.3.2 反鐵磁skyrmion在納米帶中的激發(fā)以及基態(tài)
        4.3.3 SHE驅(qū)動的反鐵磁skyrmion和鐵磁skyrmion運(yùn)動
        4.3.4 釘扎對反鐵磁skyrmion運(yùn)動的影響
        4.3.5 小結(jié)
    4.4 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 基于磁skyrmion自旋納米振蕩器的研究
    5.1 垂直磁場對磁skyrmion振蕩器的影響
        5.1.1 微磁學(xué)模型及參數(shù)
        5.1.2 垂直外加磁場對skyrmion尺寸的影響
        5.1.3 不同極化角對skyrmion運(yùn)動的影響
        5.1.4 振蕩器頻率隨電流密度以及垂直磁場的變化
        5.1.5 振蕩器頻率隨電流密度以及DMI強(qiáng)度的變化
        5.1.6 小結(jié)
    5.2 基于在環(huán)形凹槽中運(yùn)動的skyrmion自旋納米振蕩器
        5.2.1 模型參數(shù)以及skyrmion的激發(fā)
        5.2.2 振蕩器工作原理
        5.2.3 環(huán)形凹槽的內(nèi)徑和寬度對振蕩器頻率的影響
        5.2.4 環(huán)形凹槽中存在多個skyrmions的自旋納米振蕩器
        5.2.5 小結(jié)
    5.3 基于skyrmion與疇壁排斥作用的自旋納米振蕩器陣列
        5.3.1 模型以及參數(shù)
        5.3.2 啞鈴狀振蕩器的工作原理
        5.3.3 橋梁寬度和長度對振蕩器頻率的影響
        5.3.4 雙圓盤不同電流密度時的功率譜密度
        5.3.5 多個skyrmions自旋納米振蕩器
        5.3.6 Skyrmions自旋納米振蕩器陣列
        5.3.7 小結(jié)
    5.4 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 磁場對磁skyrmion和磁渦旋調(diào)控的研究
    6.1 面內(nèi)微波磁場驅(qū)動下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.1 模型以及材料參數(shù)
        6.1.2 不同頻率微波磁場下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.3 不同振幅微波磁場下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.4 不同相位微波磁場下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.5 四種類型Néel skyrmions拓?fù)滠壽E
        6.1.6 小結(jié)
    6.2 磁場誘導(dǎo)的skyrmion晶格極性反轉(zhuǎn)
        6.2.1 微磁學(xué)模型和材料參數(shù)
        6.2.2 磁skyrmion晶格的產(chǎn)生
        6.2.3 面內(nèi)和面外磁場對skyrmion晶格極性反轉(zhuǎn)的影響
        6.2.4 磁skyrmion晶格的極性反轉(zhuǎn)過程
        6.2.5 小結(jié)
    6.3 三角形結(jié)構(gòu)中磁渦旋的鐵磁共振研究
        6.3.1 微磁學(xué)模型及參數(shù)
        6.3.2 面內(nèi)磁場對雙渦旋靜態(tài)磁結(jié)構(gòu)的影響
        6.3.3 零場下的共振磁譜
        6.3.4 在面外磁場下的功率譜密度
        6.3.5 小結(jié)
    6.4 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 主要結(jié)論
        7.1.1 賽道存儲器的研究
        7.1.2 自旋納米振蕩器的研究
        7.1.3 磁skyrmion對磁場的響應(yīng)以及磁渦旋的鐵磁共振
    7.2 研究展望
在學(xué)期間的研究成果
致謝



本文編號：3744804