涡旋光驱动磁斯格明子运动的理论研究

发布时间：2020-10-28 04:55

　　 磁性斯格明子由于具有拓扑稳定性、尺寸小(约3至500 nm)以及超低阈值驱动力等优点而受到了广泛关注,在未来自旋电子学器件例如磁斯格明子赛道存储器和逻辑器件等具有良好的应用前景。另一方面,光以光学涡旋的形式携带和传递轨道角动量的能力也引发了诸多探索。本文利用微磁学模拟研究了在拉盖尔-高斯型涡旋光场的作用下磁斯格明子的动力学特征,对轨道角动量转移效应进行了详细分析。在此基础上结合现有电流驱动磁斯格明子的弊端以及材料缺陷的阻碍作用,提出了使用涡旋光束来操纵磁斯格明子以规避斯格明子霍尔效应的影响,并且利用涡旋光充当“光镊”翻越大尺度的缺陷从而避免被其捕获。首先,研究了在拉盖尔-高斯型涡旋光作用下磁斯格明子的动力学过程,即围绕光轴做周期性的圆周运动。这一运动的速度和涡旋光的轨道角动量量子数以及频率有直接关系:在文中所研究的磁性系统中,当光场轨道角动量量子数为+5,频率为1.5 GHz时磁斯格明子的速度达到51.8 m s~(-1)的最大值。此外,还模拟了温度对磁斯格明子结构的影响:当温度低于200 K时磁斯格明子结构完整,超过这个温度磁结构会遭到破坏。为了证实轨道角动量转移机制的适用性,本文还探究了利用涡旋光驱动布洛赫型斯格明子以及磁泡的过程,并且发现前者依旧可以做周期性回旋运动,而后者则由于本身没有拓扑保护使得磁结构发生了不可逆的形变。其次,本文还对涡旋光场驱动磁斯格明子翻越大尺度缺陷进行了模拟,结果表明磁斯格明子可以仅用11.5 ns的时间便可以翻越缺陷且不被捕获;接着分析了点缺陷对于磁斯格明子运动的影响,发现光场系数大于1.2×10~(-4)T m~(1/2)时点缺陷不会影响其运动,而小于这一值时点缺陷会使磁斯格明子湮灭。在模拟的基础上,本文还提出了两种解决磁斯格明子器件化问题的思路,其一是使用涡旋光驱动的环形赛道来运输斯格明子,另一种是结合电流和光场来协同操纵磁斯格明子运动。最后,本文研究了拉盖尔-高斯型涡旋光驱动反铁磁斯格明子的运动过程。结果表明在边长为300 nm的正方形薄膜中,反铁磁斯格明子的运动速度最高可以达到1400 m s~(-1);同时,若将正方形薄膜替换为圆形薄膜,其运动速度可以获得进一步的提升。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441.2
【部分图文】：

典型的磁斯格明子构型

多种磁斯格明子的激发方式

MOKE显微镜观测的脉冲电流驱动磁斯格明子运动[34]
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本文编号：2859622