纳米CoPt/Co双层膜和三层膜中长程磁极子相互作用引起的skyrmion与vortex现象
发布时间：2021-06-15 21:17
本文通过三维微磁学数值模拟,系统地计算了CoPt/Co磁性双层膜与CoPt/Co/CoPt三层膜结构中的自旋分布.计算结果表明,当三层膜的硬磁相和软磁相厚度分别为8nm和16nm左右时,在三层膜的每一层均会出现斯格明子（Skyrmion）结构.特别是,我们首次发现,当双层膜的硬软磁层厚度均在8nm左右时,在硬磁相和软磁相中均会出现斯格明子结构,即双斯格明子态.双层膜软磁相出现斯格明子的厚度要比三层膜小很多,其对应的斯格明子数只比三层膜小约8%.斯格明子数对硬磁相和软磁相的磁晶各向异性常数K和交换作用常数A都比较敏感,随着K和A的变化,体系硬磁相和软磁相的自旋分布会在涡旋（Vortex）态和斯格明子态之间相互转化,而界面耦合常数对斯格明子数影响不大.
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2016,46(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
(网络版彩图)(a)双层膜体系和(b)三层膜体系模型
0°的畴壁,构成了完整的斯格明子,此时的斯格明子数约为1;(e)图显示了软磁相中心的自旋完全沿着z方向,而边缘的自旋在x-y面内仍有一定的分量,所以软磁相从中心到边缘并没有形成一个完整的180°畴壁,形成的斯格明子结构不如(c)图完整,此时的斯格明子数为0.70左右.从图2(d)和(f)看出,三层膜与双层膜体系的情况类似,其硬磁相形成了完整的斯格明子结构,斯格明子数约为1,软磁相也形成了斯格明子结构,斯格明子数约为0.76.与双层膜一样,软磁相的斯格明子结构不如硬磁相完整.图1(网络版彩图)(a)双层膜体系和(b)三层膜体系模型图.蓝色正方体表示CoPt,红色圆柱体表示Co,t表示材料厚度,上标h和s分别表示硬磁相和软磁相Figure1(Coloronline)Sketchesof(a)thebilayersand(b)trilayersmodels.TheblueandredpartsrepresentCoPtandCorespectively.trepresentsthethicknessofthedifferentphases,withthesuperscriptshandssymbolizingthehardandsoftphasesrespectively.
斯文静等.中国科学:物理学力学天文学2016年第46卷第3期037501-4图2(网络版彩图)CoPt(10nm)/Co(8nm)双层膜与CoPt(10nm)/Co(16nm)/CoPt(10nm)三层膜体系横截面和薄膜平面内的自旋分布.(a)和(b)分别为双层膜和三层膜体系横截面的自旋分布;(c)和(d)分别表示双层膜和三层膜体系的硬磁相薄膜平面内的自旋分布;(e)和(f)分别表示双层膜和三层膜体系的软磁相薄膜平面内的自旋分布(MCoPtS=5.0105A/m,CoSM=1.4106A/m,KCo=0J/m3,KCoPt=4.0105J/m3,ACoPt=1.5×1011J/m,ACo=2.5×1011J/m,ACoPt/Co=1.91011J/m)Figure2(Coloronline)Sideviewsofthespindistributionsfor(a)CoPt(10nm)/Co(8nm)bilayerand(b)CoPt(10nm)/Co(16nm)/CoPt(10nm)trilayersystems;x–yplanespindistributionsforthehardphasesof(c)thebilayerand(d)trilayersystems;x–yplanespindistributionsforthesoftphasesof(e)thebilayerand(f)trilayersystems(MCoPtS=5.0105A/m,CoSM=1.4106A/m,KCo=0J/m3,KCoPt=4.0105J/m3,ACoPt=1.5×1011J/m,ACo=2.5×1011J/m,ACoPt/Co=1.91011J/m).4膜面中垂线上自旋的角度分布为了更好地揭示双层膜和三层膜体系内部自旋分布的规律,我们在自旋分布的基础上,计算了与图2(c),(e),(d)和(f)对应的自旋倾角θz随x的变化关系,如图3所示.双层膜硬磁相中心处的自旋倾角(θzh)Cen=175°,边缘处的自旋倾角(θzh)Ege=3°,从中心到边缘处的角度差异为172°,三层膜硬磁相中心到边缘处的角度差异为176°,相对应的双层膜与三层图3(网络版彩图)CoPt(10nm)/Co(8nm)双层膜与CoPt(10nm)/Co(16nm)/CoPt(10nm)?
【参考文献】：
期刊论文
[1]易轴取向对硬磁/软磁多层膜磁性能的影响[J]. 夏静,赵国平,张敏,左金凤. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(01)
[2]硬磁/软磁多层膜的成核场、磁滞回线、磁相图和临界厚度[J]. 赵平,乃理,夏静,丁浩峰,常景. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(07)
[3]界面交换耦合强度对垂直取向FePt/α-Fe/FePt磁性三层膜磁化反转过程的影响[J]. 薄鸟,赵国平,叶淋宁,徐劲松,邓娅. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(09)
[4]硬、软磁多层膜体系成核的解析分析[J]. 赵国平,鲜承伟,杨春,叶淋宁,薄鸟. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(12)
本文编号：3231782
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2016,46(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
(网络版彩图)(a)双层膜体系和(b)三层膜体系模型
0°的畴壁,构成了完整的斯格明子,此时的斯格明子数约为1;(e)图显示了软磁相中心的自旋完全沿着z方向,而边缘的自旋在x-y面内仍有一定的分量,所以软磁相从中心到边缘并没有形成一个完整的180°畴壁,形成的斯格明子结构不如(c)图完整,此时的斯格明子数为0.70左右.从图2(d)和(f)看出,三层膜与双层膜体系的情况类似,其硬磁相形成了完整的斯格明子结构,斯格明子数约为1,软磁相也形成了斯格明子结构,斯格明子数约为0.76.与双层膜一样,软磁相的斯格明子结构不如硬磁相完整.图1(网络版彩图)(a)双层膜体系和(b)三层膜体系模型图.蓝色正方体表示CoPt,红色圆柱体表示Co,t表示材料厚度,上标h和s分别表示硬磁相和软磁相Figure1(Coloronline)Sketchesof(a)thebilayersand(b)trilayersmodels.TheblueandredpartsrepresentCoPtandCorespectively.trepresentsthethicknessofthedifferentphases,withthesuperscriptshandssymbolizingthehardandsoftphasesrespectively.
斯文静等.中国科学:物理学力学天文学2016年第46卷第3期037501-4图2(网络版彩图)CoPt(10nm)/Co(8nm)双层膜与CoPt(10nm)/Co(16nm)/CoPt(10nm)三层膜体系横截面和薄膜平面内的自旋分布.(a)和(b)分别为双层膜和三层膜体系横截面的自旋分布;(c)和(d)分别表示双层膜和三层膜体系的硬磁相薄膜平面内的自旋分布;(e)和(f)分别表示双层膜和三层膜体系的软磁相薄膜平面内的自旋分布(MCoPtS=5.0105A/m,CoSM=1.4106A/m,KCo=0J/m3,KCoPt=4.0105J/m3,ACoPt=1.5×1011J/m,ACo=2.5×1011J/m,ACoPt/Co=1.91011J/m)Figure2(Coloronline)Sideviewsofthespindistributionsfor(a)CoPt(10nm)/Co(8nm)bilayerand(b)CoPt(10nm)/Co(16nm)/CoPt(10nm)trilayersystems;x–yplanespindistributionsforthehardphasesof(c)thebilayerand(d)trilayersystems;x–yplanespindistributionsforthesoftphasesof(e)thebilayerand(f)trilayersystems(MCoPtS=5.0105A/m,CoSM=1.4106A/m,KCo=0J/m3,KCoPt=4.0105J/m3,ACoPt=1.5×1011J/m,ACo=2.5×1011J/m,ACoPt/Co=1.91011J/m).4膜面中垂线上自旋的角度分布为了更好地揭示双层膜和三层膜体系内部自旋分布的规律,我们在自旋分布的基础上,计算了与图2(c),(e),(d)和(f)对应的自旋倾角θz随x的变化关系,如图3所示.双层膜硬磁相中心处的自旋倾角(θzh)Cen=175°,边缘处的自旋倾角(θzh)Ege=3°,从中心到边缘处的角度差异为172°,三层膜硬磁相中心到边缘处的角度差异为176°,相对应的双层膜与三层图3(网络版彩图)CoPt(10nm)/Co(8nm)双层膜与CoPt(10nm)/Co(16nm)/CoPt(10nm)?
【参考文献】：
期刊论文
[1]易轴取向对硬磁/软磁多层膜磁性能的影响[J]. 夏静,赵国平,张敏,左金凤. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(01)
[2]硬磁/软磁多层膜的成核场、磁滞回线、磁相图和临界厚度[J]. 赵平,乃理,夏静,丁浩峰,常景. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(07)
[3]界面交换耦合强度对垂直取向FePt/α-Fe/FePt磁性三层膜磁化反转过程的影响[J]. 薄鸟,赵国平,叶淋宁,徐劲松,邓娅. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(09)
[4]硬、软磁多层膜体系成核的解析分析[J]. 赵国平,鲜承伟,杨春,叶淋宁,薄鸟. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(12)
本文编号：3231782
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3231782.html
