缺陷对反铁磁斯格明子动力学的影响
发布时间：2020-12-29 15:26
反铁磁斯格明子作为一种新型的稳定磁结构,具有尺寸小、运动速度快、无斯格明子霍尔效应等诸多优良特性,有望应用于下一代“更小、更快、更节能”的信息存储设备或其他自旋电子器件中,从而引起了人们的广泛关注。在本文中,我们运用解析推导和微磁学数值模拟的方法,系统地研究了两类由磁晶各向异性强度发生局部变化而引起的缺陷对反铁磁斯格明子运动的影响。计算结果显示,在反铁磁斯格明子的运动过程中,这两类缺陷都如同钉扎点一般,会阻碍斯格明子的运动,在某些情况下甚至还会破坏它的拓扑结构。其产生的具体结果主要取决于驱动电流的大小和缺陷的强度与尺寸。进而我们从能量和力的角度,对不同情况下反铁磁斯格明子的运动行为进行了合理的解释。特别地,当两个斯格明子同时在有缺陷的赛道上运动时,会出现一个斯格明子顺利通过缺陷区域,而另一个被钉扎的现象。基于此,本文提出了一种以反铁磁斯格明子为基本单元的新型逻辑门电路原型。该设计能很好地实现逻辑“与门”、“或门”、“非门”、“与非门”和“或非门”这五种逻辑门的基本逻辑运算。它的成功建立在多种现有的研究成果之上,包括自旋霍尔效应、压控磁各向异性效应、斯格明子之间的相互作用,以及斯格明子和...
【文章来源】：四川师范大学四川省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁性斯格明子的自旋结构
四川师范大学硕士学位论文6如图1.2所示，根据反铁磁序的结构特点，我们可以将反铁磁斯格明子看作两个磁矩分布完全反平行的铁磁斯格明子的镶嵌体。从拓扑的角度，这两个铁磁斯格明子的拓扑数Q分别为+1和-1，那么，整体而言，反铁磁斯格明子的拓扑数恰好为0。我们知道，当用外力驱动铁磁斯格明子时，它总是会受到一项与斯格明子拓扑数相关的马格努斯力，其数学表达式为G×v，其中，该力垂直于斯格明子的运动方向[50]。所以，铁磁斯格明子在运动过程会出现横向漂移，即斯格明子的霍尔效应[63,87,88]。若在一个有限的纳米赛道中，这一现象很有可能会导致斯格明子在赛道的边界发生湮灭[88]，从而严重影响信息的非易失性和设备的稳定性。当然，斯格明子霍尔效应也有一些其他正面的应用。比如，若在某一容器中同时存在拓扑数符号不同的斯格明子。当加入驱动电流时，根据斯格明子霍尔效应，拓扑数相同的斯格明子会向同一侧运动，而拓扑数相反的斯格明子都会向另一侧运动。从而，可以将这些斯格明子很好地区分开来，这样的设备相当于一个斯格明子过滤器。图1.2反铁磁斯格明子的自旋结构。综上所述，我们可以将反铁磁斯格明子看作两个拓扑数相反的铁磁斯格明子的结合体。那么，在驱动过程中，这两个铁磁斯格明子分别受到一个等大反向的马格努斯力。对于反铁磁斯格明子，这两个力恰好完全抵消，它受到的总马格努斯力为0。所以，与铁磁斯格明子相比，反铁磁斯格明子在运动过程中不会产生斯格明子霍尔效应，可沿驱动力方向运动[76,77,80,82,85,86]。其次，反铁磁斯格明子的运动速度远远大于铁磁斯格明子。一方面，在同样的驱动力的作用下，反铁磁斯格明子的速度明显比铁磁斯格明子的大[77,80,82,86]。沈来川等人[80]发现，以磁晶各
四川师范大学硕士学位论文82理论研究基础2.1反铁磁体系中的自由能泛函考虑一个最简单的一维反铁磁体系，我们分别用α和β去表征两套相互交错排列的亚晶格。如图2.1所示，每一个格点上有一个磁矩，它的最邻近有两个磁矩，相邻磁矩反平行排列。也就是说，除了左右边界上的两个格点，每一个α磁矩的左右两边都是β磁矩，反之，每一个β磁矩左右两边都是α磁矩。假设左边界的格点为α磁矩，右边界的格点为β磁矩，那么整个体系处于基态时应当是完全补偿的，净磁矩为零。对于这样一个自旋链，若我们考虑同时存在垂直磁各向异性，则离散型的总哈密顿量可表示为[89,90]：，其中，J是海森堡交换常数，〈α，β〉表示对所有最邻近亚晶格上磁矩的求和；K是垂直各向异性常数。通常来说，海森堡交换相互作用迫使相邻磁矩反平行排列，垂直磁各向异性相互作用使磁矩偏向易轴方向；其次，在一些手性磁体中，由于对称性反演破缺会导致DM相互作用[45,46]。这一项相互作用是使相邻磁矩垂直排列。此外，对于反铁磁体系，由于总的净磁矩趋于零，所以退磁能可以忽略不计。图2.1一维反铁磁自旋链模型。橙色箭头表示α亚晶格上的磁矩方向，绿色箭头代表β亚晶格上的磁矩方向[89]。引入另一套标准定义，总约化磁矩mi和杂散序参（奈尔矢）ni:，(2.2a)。(2.2b)因此，对于每一个单元胞将满足和，且每一个格点上的磁矩可表示为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Magnetic skyrmions:intriguing physics and new spintronic device concepts[J]. Yan Zhou. National Science Review. 2019(02)
本文编号：2945869
【文章来源】：四川师范大学四川省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁性斯格明子的自旋结构
四川师范大学硕士学位论文6如图1.2所示，根据反铁磁序的结构特点，我们可以将反铁磁斯格明子看作两个磁矩分布完全反平行的铁磁斯格明子的镶嵌体。从拓扑的角度，这两个铁磁斯格明子的拓扑数Q分别为+1和-1，那么，整体而言，反铁磁斯格明子的拓扑数恰好为0。我们知道，当用外力驱动铁磁斯格明子时，它总是会受到一项与斯格明子拓扑数相关的马格努斯力，其数学表达式为G×v，其中，该力垂直于斯格明子的运动方向[50]。所以，铁磁斯格明子在运动过程会出现横向漂移，即斯格明子的霍尔效应[63,87,88]。若在一个有限的纳米赛道中，这一现象很有可能会导致斯格明子在赛道的边界发生湮灭[88]，从而严重影响信息的非易失性和设备的稳定性。当然，斯格明子霍尔效应也有一些其他正面的应用。比如，若在某一容器中同时存在拓扑数符号不同的斯格明子。当加入驱动电流时，根据斯格明子霍尔效应，拓扑数相同的斯格明子会向同一侧运动，而拓扑数相反的斯格明子都会向另一侧运动。从而，可以将这些斯格明子很好地区分开来，这样的设备相当于一个斯格明子过滤器。图1.2反铁磁斯格明子的自旋结构。综上所述，我们可以将反铁磁斯格明子看作两个拓扑数相反的铁磁斯格明子的结合体。那么，在驱动过程中，这两个铁磁斯格明子分别受到一个等大反向的马格努斯力。对于反铁磁斯格明子，这两个力恰好完全抵消，它受到的总马格努斯力为0。所以，与铁磁斯格明子相比，反铁磁斯格明子在运动过程中不会产生斯格明子霍尔效应，可沿驱动力方向运动[76,77,80,82,85,86]。其次，反铁磁斯格明子的运动速度远远大于铁磁斯格明子。一方面，在同样的驱动力的作用下，反铁磁斯格明子的速度明显比铁磁斯格明子的大[77,80,82,86]。沈来川等人[80]发现，以磁晶各
四川师范大学硕士学位论文82理论研究基础2.1反铁磁体系中的自由能泛函考虑一个最简单的一维反铁磁体系，我们分别用α和β去表征两套相互交错排列的亚晶格。如图2.1所示，每一个格点上有一个磁矩，它的最邻近有两个磁矩，相邻磁矩反平行排列。也就是说，除了左右边界上的两个格点，每一个α磁矩的左右两边都是β磁矩，反之，每一个β磁矩左右两边都是α磁矩。假设左边界的格点为α磁矩，右边界的格点为β磁矩，那么整个体系处于基态时应当是完全补偿的，净磁矩为零。对于这样一个自旋链，若我们考虑同时存在垂直磁各向异性，则离散型的总哈密顿量可表示为[89,90]：，其中，J是海森堡交换常数，〈α，β〉表示对所有最邻近亚晶格上磁矩的求和；K是垂直各向异性常数。通常来说，海森堡交换相互作用迫使相邻磁矩反平行排列，垂直磁各向异性相互作用使磁矩偏向易轴方向；其次，在一些手性磁体中，由于对称性反演破缺会导致DM相互作用[45,46]。这一项相互作用是使相邻磁矩垂直排列。此外，对于反铁磁体系，由于总的净磁矩趋于零，所以退磁能可以忽略不计。图2.1一维反铁磁自旋链模型。橙色箭头表示α亚晶格上的磁矩方向，绿色箭头代表β亚晶格上的磁矩方向[89]。引入另一套标准定义，总约化磁矩mi和杂散序参（奈尔矢）ni:，(2.2a)。(2.2b)因此，对于每一个单元胞将满足和，且每一个格点上的磁矩可表示为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Magnetic skyrmions:intriguing physics and new spintronic device concepts[J]. Yan Zhou. National Science Review. 2019(02)
本文编号：2945869
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