温度影响下横向磁畴壁运动的自旋动力学的研究

发布时间：2017-08-10 10:03

  本文关键词：温度影响下横向磁畴壁运动的自旋动力学的研究

  更多相关文章： 磁纳米线 畴壁运动 电流 温度 自旋动力学

【摘要】：随着社会信息化的快速发展,人们对数据存储量的和数据读取速度的要求不断提高。如何大量的存储数据且占用较小的空间成为人们关注的重点。IBM的parkin等人在2008年提出了赛道存储器。它是一种可以将信息存储在三维平面内的磁性器件,它利用磁纳米带中的磁畴来存储数据,这可以大大提高存储密度,所以磁畴壁运动在数据存储和逻辑器件方面具有很大的潜在应用价值,这使得磁纳米结构中的畴壁和畴壁运动规律在过去的几十年中得到了广泛关注和研究。磁纳米材料中磁畴的动力学行为也成为人们科学探究的焦点。目前由自由电子引起的自旋转移力矩效应导致的畴壁运动在理论和实验上都获得了充分的研究。现在面临一个主要的问题是在实际应用中温度、材料缺陷等等因素都无法避免,这对畴壁运动影响急需研究。本文主要研究温度对畴壁速度,以及对畴壁被缺陷钉扎时的影响。在绪论部中我们介绍了磁性材料的历史、磁材料在当今社会的应用和在存储方面的强大优势。同时也介绍了有关磁畴、磁畴壁的一些概念,以及关于磁畴壁运动的介绍。第二章介绍了本文数值模拟计算中主要采用的基本模拟方法的实现过程,采用的是自旋动力学模拟方法。第三章我们采用微磁模拟方法,研究温度影响下电流驱动横向畴壁的运动规律,并深入探讨了畴壁运动规律变化的物理机理。研究结果表明：电流驱动畴壁运动总伴随着畴壁的形变,而这种形变对畴壁的速度影响最为直接。而温度又恰能对畴壁构型造成影响。温度对电流驱动畴壁运动的影响分为两种情况。当电流比较小,畴壁还没有发生沃克崩溃时,温度对畴壁的运动影响微乎其微。但是对于能使畴壁发生沃克崩溃的大电流来说,温度带来的热波动可以使得沃克崩溃被抑制,并且作用效果随着温度的升高越来越明显。究其原因是因为在小的电流密度下畴壁面外磁矩最终可以稳定在某个值上,而温度只是针对畴壁的形变过程影响比较剧烈,因此当畴壁形变停止时,的畴壁运动几乎不受温度影响。但是对于可以使畴壁发生沃克崩溃的大电流,畴壁的形变将会一直持续,此时温度对畴壁的形变影响将一直存在。大电流下畴壁会一直绕x轴进动,温度会抑制这样的形变过程(也就是沃克崩溃),并且随着温度的升高,抑制效果越发明显,直至完全抑制。最终畴壁会高速稳定的向前运动。这帮助我们更好的了解畴壁的运动规律,以及温度的作用方式和结果。第四章我们探究了随机的材料缺陷对畴壁动力学的影响,同时还考虑了局部焦耳热的作用。一方面我们发现畴壁在经过缺陷时会导致面外磁矩的变化,从而导致畴壁速度的变化。当电流较小,小于临界电流时,畴壁速度会因为缺陷造成的面外磁矩振荡从而有一定程度的降低。当电流较大,大于临界电流时,畴壁原本规律的翻转振荡(沃克崩溃)会因为缺陷而被破坏,这使得畴壁运动速度大大提高。而另一方面,由于缺陷的存在,畴壁被钉扎的问题也不可忽视。当缺陷处在窄畴区时,在窄畴部位,缺陷占畴壁比重较大,则会有较大的钉扎效应。当缺陷被处在宽畴区时,缺陷占据畴壁比重较小,畴壁更易越过缺陷。同时缺陷距离畴壁远近对畴壁钉扎也有明显影响。研究表明这是面外磁矩的导致的,当畴壁距离缺陷较远,面外磁矩经过一段时间的增长,此时畴壁就可以越过缺陷,当畴壁距离缺陷较近,畴壁面外磁矩还未翻转到较大值时,缺陷可以钉扎住畴壁。此时通过加大电流可以使畴壁在面外磁矩还比较小的情况下,帮助它越过缺陷。最后我们比较了均匀温度场和含有局部焦耳热的温度场对畴壁越过缺陷的影响。发现均匀温度场没有明显的退钉扎效应,而通过加入局部焦耳热则能达到明显的退钉扎效果。
【关键词】：磁纳米线 畴壁运动 电流 温度 自旋动力学
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333;TM271
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 磁性与磁性存储的发展9-10
• 1.2 赛道存储技术10-12
• 1.3 磁畴结构12-16
• 1.3.1 磁畴形成的原因12-13
• 1.3.2 磁畴分类13-14
• 1.3.3 磁畴和磁畴壁的形成14-16
• 1.4 磁畴壁的运动16-20
• 1.4.1 磁场驱动磁畴壁的运动16-17
• 1.4.2 自旋波驱动磁畴壁的运动17-18
• 1.4.3 电流驱动磁畴壁的运动18-20
• 1.5 温度的影响20-22
• 参考文献22-25
• 第二章 自旋动力学方法25-39
• 2.1 模型与哈密顿量25-26
• 2.2 Landau-Lifshitz-Gilbert方程26-27
• 2.3 有效场的计算27-30
• 2.4 LLG方程显示形式30-33
• 2.5 热场的计算33-37
• 2.5.1 热场的确定33-35
• 2.5.2 随机LLG方程的数值积分35-36
• 2.5.3 显示LLG方程的积分公式36-37
• 参考文献37-39
• 第三章 温度对电流驱动磁畴壁运动的影响39-48
• 3.1 引言39
• 3.2 模型39-41
• 3.3 结果与讨论41-45
• 3.4 小结45-46
• 参考文献46-48
• 第四章 温度影响下缺陷对畴壁动力学的影响48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 模型48-49
• 4.3 结果与讨论49-56
• 4.4 小结56
• 参考文献56-58
• 硕士学位期间发表或即将发表的论文目录58-59
• 致谢59-60

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本文编号：650093