斯格明子在磁性纳米管上的动力学研究

发布时间：2020-05-28 04:32

【摘要】：磁性斯格明子是一种受拓扑保护的自旋结构。自第一次在实验上观测到斯格明子以来,斯格明子一直是凝聚态物理学的一个突出话题。由于斯格明子的拓扑稳定性、纳米尺度以及低电流阈值驱动的特点,斯格明子有望成为下一代自旋器件信息载体的候选者。然而,由斯格明子的非平凡拓扑结构造成的斯格明子霍尔效应,会导致斯格明子在器件的边缘堆积甚至是湮灭,这严重地阻碍了斯格明子的实际应用。由于纳米管结构在切向上没有边界,因此,即使存在斯格明子霍尔效应,斯格明子也不会在边界处消失。这激发了我们去研究斯格明子在纳米管上的运动。本论文主要通过微磁模拟,理论分析电流驱动下斯格明子在磁性纳米管上的运动。首先,为了了解磁性斯格明子在纳米管上的形成过程,我们通过调节DM相互作用的系数和纳米管的厚度,得到系统稳态的相图。当DM相互作用很小时,系统的稳态为单畴态。当DM相互作用取适中的值时,系统的稳态为斯格明子态。从纳米管的内表面到外表面,斯格明子的尺寸逐渐增大。同时,从模拟的结果我们看到形成的斯格明子是向右倾斜的,这是因为管状结构的曲面效应而导致的额外有效DM相互作用造成的结果。当DM相互作用很大时,系统的稳态为被拉伸的斯格明子态,斯格明子像螺旋一样被拉长到纳米管的两端。DM相互作用的系数为正时形成的是具有右手手性的螺旋,当DM相互作用的系数为负时形成的是具有左手手性的螺旋。然后,我们在无限长的纳米管上研究电流驱动下斯格明子的动力学。通过微磁模拟,我们发现斯格明子在纳米管上沿着螺旋的轨迹运动,它的速度正比于所施加电流密度的大小,在很大电流的时候也保持稳定,结构不会被破坏。作为比较,在平面结构上,由于斯格明子霍尔效应,斯格明子会偏移电流驱动的方向,最终在边界处湮灭。最后,我们研究了在纳米管上斯格明子速度的厚度依赖关系。我们发现,斯格明子的轴向速度不随厚度改变,和在平面结构中的结果一致。然而,在纳米管上,斯格明子的角速度会随着纳米管厚度的增加而增加,不同于平面的结构。在平面结构上,斯格明子的速度不随厚度变化。
【图文】：

斯格明子结构以及DM相互作用示意图

在微磁模拟上产生斯格明子
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O469;TB383.1

【参考文献】

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1 张志东;;磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构[J];物理学报;2015年06期

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本文编号：2684714