本文關(guān)鍵詞：零偏置場自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器動態(tài)特性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)提供了一種無需外加磁場、僅依靠電流來調(diào)控磁性薄膜磁化方向的新方法,可以應(yīng)用在磁性隨機(jī)存儲器、高頻微波振蕩器-自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器等微納器件。特別是,自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、振蕩頻率高等優(yōu)點(diǎn),因而在高密度微波信號處理、無線通信、微波輔助磁記錄、高速磁頭傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是,在其實(shí)際應(yīng)用中,還有一些關(guān)鍵問題尚未解決。例如工作條件優(yōu)化,外加磁場的消除,振蕩器輸出功率的提高。為了提高其輸出功率,實(shí)驗(yàn)上制備了一種自由層磁矩垂直于面內(nèi),固定層磁矩沿著面內(nèi)的自旋納米振蕩器,如果考慮到阻抗匹配,最大輸出功率在微瓦量級,基本滿足實(shí)際應(yīng)用。但不幸的是需要一個(gè)外加磁場的作用。本論文將基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程,理論上研究了由磁矩垂直于膜面的自由層和磁矩平行于膜面的固定層組成的自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器的振蕩特性。重點(diǎn)研究了二階垂直各向異性、類場自旋轉(zhuǎn)移矩、面內(nèi)形狀各向異性對其振蕩特性的影響。研究的結(jié)果如下:1.研究了由磁矩垂直于膜面的自由層和磁矩平行于膜面的固定層組成的自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器的振蕩特性。根據(jù)能量平衡原理,即振蕩器由自旋轉(zhuǎn)移矩提供的能量和阻尼消耗的能量相等,推導(dǎo)出振蕩器振蕩的閾值電流、振蕩頻率的解析表達(dá)式。它們分別與自由層的界面各向異性場、飽和磁化強(qiáng)度、提供的外加磁場、極化率參數(shù)有關(guān)。并證實(shí)此振蕩器需提供一個(gè)垂直于膜面的磁場才能工作。隨后利用LLGS方程數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬和解析分析的結(jié)果吻合。2.考慮了自由層二階垂直各向異性對振蕩器的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)自由層材料具有一定大小的二階各向異性可以使振蕩器在無外加磁場情形下產(chǎn)生振蕩。此特性可以用能量平衡方程解釋,即二階垂直各向異性的存在可以導(dǎo)致系統(tǒng)中自旋轉(zhuǎn)移矩提供的能量與阻尼消耗的能量之間的平衡。并根據(jù)能量平衡原理推導(dǎo)出振蕩器在零場振蕩器的閾值電流、截止電流、以及頻率隨電流變化的表達(dá)式。隨后利用LLGS方程進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬和解析分析的結(jié)果吻合。3.考慮了類場自旋轉(zhuǎn)移矩對振蕩器振蕩特性的影響。發(fā)現(xiàn)類場自旋轉(zhuǎn)移矩在系統(tǒng)能量平衡中起到重要的作用,可以導(dǎo)致沒有外加磁場時(shí)系統(tǒng)中自旋轉(zhuǎn)移矩提供的能量與阻尼消耗能量之間的平衡。接著根據(jù)LLGS方程研究了不同大小類場自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)對零場振蕩特性的影響。4.當(dāng)磁隧道結(jié)的形狀為橢圓時(shí),引入面內(nèi)形狀各向異性,它可以使振蕩器在無外加磁場情形下產(chǎn)生振蕩。特別是,面內(nèi)不同形狀的各向異性能對自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器振蕩特性具有重要的影響。例如,當(dāng)橢圓長軸和短軸之比增大時(shí),面內(nèi)的形狀各向異性能將增大,此時(shí),雖然振蕩器的閾值電流基本保持不變,但其電流可操控范圍將增大,并且在相同電流下其產(chǎn)生微波信號的頻率也將增大。因此,可以通過改變自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器膜面的形狀調(diào)節(jié)其振蕩特性。此外,結(jié)合能量平衡方程,在理論上證明了引入面內(nèi)形狀各向異性能對振蕩器實(shí)現(xiàn)零場振蕩的必要性。并推導(dǎo)出振蕩器振蕩的閾值電流、截止電流的表達(dá)式。
【關(guān)鍵詞】：自旋轉(zhuǎn)移矩 垂直磁化強(qiáng)度的自由層 自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器 零偏置場振蕩 微磁學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN752
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-30
• 1.1 自旋電子學(xué)的發(fā)展概況10-11
• 1.2 巨磁電阻效應(yīng)11-13
• 1.3 隧穿磁電阻效應(yīng)13-15
• 1.4 自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)15-18
• 1.4.1 自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的理論預(yù)測15-17
• 1.4.2 自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證17
• 1.4.3 自旋轉(zhuǎn)移矩驅(qū)動的磁矩翻轉(zhuǎn)和進(jìn)動17-18
• 1.5 自旋轉(zhuǎn)移磁隨機(jī)存儲器 (STT-MRAM)18-21
• 1.5.1 傳統(tǒng)的磁性隨機(jī)存儲器19-20
• 1.5.2 自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲器20-21
• 1.6 自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器 (STO)21-27
• 1.6.1 自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器的工作原理22
• 1.6.2 自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器的研究現(xiàn)狀與趨勢22-26
• 1.6.3 自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器的應(yīng)用前景26-27
• 1.7 本論文的主要研究工作及章節(jié)安排27-30
• 第二章 磁矩進(jìn)動的動態(tài)方程及宏自旋模型30-38
• 2.1 鐵磁性材料中的磁矩矢量運(yùn)動30-32
• 2.1.1 無阻尼作用下，磁化強(qiáng)度的動力學(xué)方程30-31
• 2.1.2 有阻尼作用下，磁化強(qiáng)度的動力學(xué)方程31
• 2.1.3 Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程31-32
• 2.2 宏自旋模型32-33
• 2.3 自由層有效場33-35
• 2.4 四階龍格庫塔法數(shù)值求解35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 垂直各向異性CoFeB/Mg O/CoFeB磁性隧道結(jié)38-50
• 3.1 界面垂直各向異性對靜態(tài)磁矩分布的影響39-41
• 3.2 平面型磁隧道結(jié)中界面垂直各向異性對磁矩翻轉(zhuǎn)的影響41-44
• 3.3 垂直型磁隧道結(jié)中界面垂直各向異性對磁矩翻轉(zhuǎn)的影響44-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 自由層磁矩垂直于膜面的自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器的振蕩特性50-66
• 4.1 理論模型51-53
• 4.2 解析形式分析53-56
• 4.3 微磁模擬56-64
• 4.3.1 電流的影響57-59
• 4.3.2 外加磁場的影響59-62
• 4.3.3 材料參數(shù)的影響62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-66
• 第五章 零偏置場自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器66-92
• 5.1 方案一——二階各向異性實(shí)現(xiàn)自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器零場振蕩66-74
• 5.1.1 理論分析67-70
• 5.1.2 數(shù)值模擬70-74
• 5.1.3 小結(jié)74
• 5.2 方案二——類場自旋轉(zhuǎn)移矩實(shí)現(xiàn)自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器零場振蕩74-82
• 5.2.1 理論分析76-78
• 5.2.2 數(shù)值模擬78-82
• 5.2.3 小結(jié)82
• 5.3 方案三——面內(nèi)形狀各向異性能實(shí)現(xiàn)自旋轉(zhuǎn)矩振蕩器零場振蕩82-90
• 5.3.1 理論分析84-87
• 5.3.2 數(shù)值模擬87-90
• 5.3.3 小結(jié)90
• 5.4 本章小結(jié)90-92
• 第六章 全文總結(jié)與展望92-94
• 6.1 主要研究內(nèi)容和結(jié)論92-93
• 6.2 研究展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-104
• 圖索引104-108
• 表索引108-110
• 致謝110-112
• 攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表和錄用的學(xué)術(shù)論文112-114
• 攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目114

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3 胡九寧;陳培毅;張磊;任敏;董浩;鄧寧;;納米尺寸自旋閥中電流驅(qū)動的自旋波發(fā)射[J];微納電子技術(shù);2008年10期

4 ;自旋波研究的突破[J];集成電路應(yīng)用;2006年09期

5 董浩;陳培毅;鄧寧;;對稱磁多層結(jié)構(gòu)納米自旋傳輸矩微波振蕩器[J];微納電子技術(shù);2010年01期

6 ;中國科學(xué)家首次研究實(shí)現(xiàn)高效長壽量子存儲[J];廣西科學(xué)院學(xué)報(bào);2012年02期

7 張鵬翔;劉玉龍;徐孝貞;楊先春;;磁性石榴石單晶的Raman光譜和一個(gè)新模式[J];應(yīng)用激光;1985年02期

8 ;[J];;年期

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1 王選章;;長波長自旋波的渦流阻尼效應(yīng)[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展（上冊）[C];1999年

2 李巖;王懷玉;任榮東;;橫場下反鐵磁耦合薄膜的自旋波[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集Ⅰ[C];2004年

3 邢定鈺;;自旋輸運(yùn)和巨磁電阻——自旋電子學(xué)的物理基礎(chǔ)之一[A];中國高等科學(xué)技術(shù)中心論文集[C];2004年

4 張鵬翔;劉玉龍;徐孝貞;楊先春;;替代的鐵石榴石單晶的喇曼散射譜[A];第二屆全國光散射學(xué)術(shù)會議論文集（下）[C];1983年

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9 關(guān)玉琴;體各向異性場和自旋鏈長度對界面自旋波存在條件的影響[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2004年

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  本文關(guān)鍵詞：零偏置場自旋轉(zhuǎn)矩納米振蕩器動態(tài)特性的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：374112