电流驱动磁斯格明子的动力学及应用研究
发布时间：2023-02-18 10:43
磁skyrmion是一种具有拓扑保护性质的自旋结构。由于其本身独特的优点,近年来磁skyrmion被证明在赛道存储器和自旋纳米振荡器等自旋电子器件当中有极大的应用潜力。然而在这些自旋电子器件商业应用之前仍旧存在很多需要解决的问题。本文通过微磁学手段研究了磁skyrmion的动力学过程,并提出了一系列方法来优化其在赛道存储器以及自旋纳米振荡器上的应用。除此之外,还对比研究了磁畴壁和磁涡旋的静态性质以及动力学过程。关于赛道存储器的研究,因为面内360度畴壁有着较好的防磁场干扰的能力,所以我们在第三章研究了Dzyaloshinskii-Moriya interaction(DMI)对电流驱动的360度畴壁运动的影响。结果发现DMI存在时,360度畴壁的最大临界速度提高了19.87%,并且畴壁更容易通过缺陷钉扎。相比于磁畴壁来说,磁skyrmions作为赛道存储器的存储单元有着尺寸小、稳定性高和低驱动电流密度的优点,所以在第四章我们研究了电流驱动的四种类型skyrmions运动,发现除了Twisted skyrmion在一定条件下可以避免skyrmion霍尔效应外,其它三种类型skyrmion...
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 磁电阻效应
1.1.1 各向异性磁电阻效应
1.1.2 巨磁电阻效应
1.1.3 隧穿磁电阻效应
1.2 自旋转移矩效应
1.3 自旋霍尔效应
1.4 磁skyrmion
1.4.1 磁skyrmion的观测
1.4.2 磁skyrmion的微磁学激发
1.5 赛道存储器
1.6 自旋纳米振荡器
1.7 本论文主要内容
参考文献
第二章 微磁学基础理论
2.1 磁体中的能量项
2.1.1 交换能
2.1.2 塞曼能(Zeeman energy)
2.1.3 退磁能
2.1.4 磁晶各向异性能
2.1.5 DMI能
2.2 静态微磁学
2.3 动态微磁学
2.3.1 无阻尼时磁化进动方程
2.3.2 有阻尼时磁化进动方程
2.3.3 包含STT的 LLG方程
2.3.4 包含SOT的 LLG方程
2.4 数值计算方法
2.4.1 有限差分方法
2.4.2 有限元方法
2.5 常用的微磁学软件
参考文献
第三章 DMI对360度畴壁静态性质与动力学影响
3.1 微磁学模型及参数
3.2 DMI对360度畴壁静态性质的影响
3.3 DMI对360度畴壁动力学过程的影响
3.4 缺陷钉扎对360度畴壁运动的影响
3.5 本章总结
参考文献
第四章 电流驱动的磁skyrmion赛道存储器
4.1 电流驱动的Twisted skyrmion运动
4.1.1 微磁学模型和材料参数
4.1.2 四种类型skyrmions的拓扑性质
4.1.3 STT驱动的Twisted skyrmions动力学
4.1.4 SHE驱动的Twisted skyrmions动力学
4.1.5 小结
4.2 Skyrmion在边界势垒纳米带中的运动
4.2.1 微磁学模型以及参数
4.2.2 Skyrmion在边界势垒纳米带中的静态特性
4.2.3 Skyrmion在边界势垒纳米带中的动力学过程
4.2.4 小结
4.3 SHE驱动的反铁磁skyrmion的运动
4.3.1 微磁学模型和参数
4.3.2 反铁磁skyrmion在纳米带中的激发以及基态
4.3.3 SHE驱动的反铁磁skyrmion和铁磁skyrmion运动
4.3.4 钉扎对反铁磁skyrmion运动的影响
4.3.5 小结
4.4 本章总结
参考文献
第五章 基于磁skyrmion自旋纳米振荡器的研究
5.1 垂直磁场对磁skyrmion振荡器的影响
5.1.1 微磁学模型及参数
5.1.2 垂直外加磁场对skyrmion尺寸的影响
5.1.3 不同极化角对skyrmion运动的影响
5.1.4 振荡器频率随电流密度以及垂直磁场的变化
5.1.5 振荡器频率随电流密度以及DMI强度的变化
5.1.6 小结
5.2 基于在环形凹槽中运动的skyrmion自旋纳米振荡器
5.2.1 模型参数以及skyrmion的激发
5.2.2 振荡器工作原理
5.2.3 环形凹槽的内径和宽度对振荡器频率的影响
5.2.4 环形凹槽中存在多个skyrmions的自旋纳米振荡器
5.2.5 小结
5.3 基于skyrmion与畴壁排斥作用的自旋纳米振荡器阵列
5.3.1 模型以及参数
5.3.2 哑铃状振荡器的工作原理
5.3.3 桥梁宽度和长度对振荡器频率的影响
5.3.4 双圆盘不同电流密度时的功率谱密度
5.3.5 多个skyrmions自旋纳米振荡器
5.3.6 Skyrmions自旋纳米振荡器阵列
5.3.7 小结
5.4 本章总结
参考文献
第六章 磁场对磁skyrmion和磁涡旋调控的研究
6.1 面内微波磁场驱动下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.1 模型以及材料参数
6.1.2 不同频率微波磁场下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.3 不同振幅微波磁场下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.4 不同相位微波磁场下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.5 四种类型Néel skyrmions拓扑轨迹
6.1.6 小结
6.2 磁场诱导的skyrmion晶格极性反转
6.2.1 微磁学模型和材料参数
6.2.2 磁skyrmion晶格的产生
6.2.3 面内和面外磁场对skyrmion晶格极性反转的影响
6.2.4 磁skyrmion晶格的极性反转过程
6.2.5 小结
6.3 三角形结构中磁涡旋的铁磁共振研究
6.3.1 微磁学模型及参数
6.3.2 面内磁场对双涡旋静态磁结构的影响
6.3.3 零场下的共振磁谱
6.3.4 在面外磁场下的功率谱密度
6.3.5 小结
6.4 本章总结
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 主要结论
7.1.1 赛道存储器的研究
7.1.2 自旋纳米振荡器的研究
7.1.3 磁skyrmion对磁场的响应以及磁涡旋的铁磁共振
7.2 研究展望
在学期间的研究成果
致谢
本文编号：3744804
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 磁电阻效应
1.1.1 各向异性磁电阻效应
1.1.2 巨磁电阻效应
1.1.3 隧穿磁电阻效应
1.2 自旋转移矩效应
1.3 自旋霍尔效应
1.4 磁skyrmion
1.4.1 磁skyrmion的观测
1.4.2 磁skyrmion的微磁学激发
1.5 赛道存储器
1.6 自旋纳米振荡器
1.7 本论文主要内容
参考文献
第二章 微磁学基础理论
2.1 磁体中的能量项
2.1.1 交换能
2.1.2 塞曼能(Zeeman energy)
2.1.3 退磁能
2.1.4 磁晶各向异性能
2.1.5 DMI能
2.2 静态微磁学
2.3 动态微磁学
2.3.1 无阻尼时磁化进动方程
2.3.2 有阻尼时磁化进动方程
2.3.3 包含STT的 LLG方程
2.3.4 包含SOT的 LLG方程
2.4 数值计算方法
2.4.1 有限差分方法
2.4.2 有限元方法
2.5 常用的微磁学软件
参考文献
第三章 DMI对360度畴壁静态性质与动力学影响
3.1 微磁学模型及参数
3.2 DMI对360度畴壁静态性质的影响
3.3 DMI对360度畴壁动力学过程的影响
3.4 缺陷钉扎对360度畴壁运动的影响
3.5 本章总结
参考文献
第四章 电流驱动的磁skyrmion赛道存储器
4.1 电流驱动的Twisted skyrmion运动
4.1.1 微磁学模型和材料参数
4.1.2 四种类型skyrmions的拓扑性质
4.1.3 STT驱动的Twisted skyrmions动力学
4.1.4 SHE驱动的Twisted skyrmions动力学
4.1.5 小结
4.2 Skyrmion在边界势垒纳米带中的运动
4.2.1 微磁学模型以及参数
4.2.2 Skyrmion在边界势垒纳米带中的静态特性
4.2.3 Skyrmion在边界势垒纳米带中的动力学过程
4.2.4 小结
4.3 SHE驱动的反铁磁skyrmion的运动
4.3.1 微磁学模型和参数
4.3.2 反铁磁skyrmion在纳米带中的激发以及基态
4.3.3 SHE驱动的反铁磁skyrmion和铁磁skyrmion运动
4.3.4 钉扎对反铁磁skyrmion运动的影响
4.3.5 小结
4.4 本章总结
参考文献
第五章 基于磁skyrmion自旋纳米振荡器的研究
5.1 垂直磁场对磁skyrmion振荡器的影响
5.1.1 微磁学模型及参数
5.1.2 垂直外加磁场对skyrmion尺寸的影响
5.1.3 不同极化角对skyrmion运动的影响
5.1.4 振荡器频率随电流密度以及垂直磁场的变化
5.1.5 振荡器频率随电流密度以及DMI强度的变化
5.1.6 小结
5.2 基于在环形凹槽中运动的skyrmion自旋纳米振荡器
5.2.1 模型参数以及skyrmion的激发
5.2.2 振荡器工作原理
5.2.3 环形凹槽的内径和宽度对振荡器频率的影响
5.2.4 环形凹槽中存在多个skyrmions的自旋纳米振荡器
5.2.5 小结
5.3 基于skyrmion与畴壁排斥作用的自旋纳米振荡器阵列
5.3.1 模型以及参数
5.3.2 哑铃状振荡器的工作原理
5.3.3 桥梁宽度和长度对振荡器频率的影响
5.3.4 双圆盘不同电流密度时的功率谱密度
5.3.5 多个skyrmions自旋纳米振荡器
5.3.6 Skyrmions自旋纳米振荡器阵列
5.3.7 小结
5.4 本章总结
参考文献
第六章 磁场对磁skyrmion和磁涡旋调控的研究
6.1 面内微波磁场驱动下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.1 模型以及材料参数
6.1.2 不同频率微波磁场下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.3 不同振幅微波磁场下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.4 不同相位微波磁场下的skyrmion拓扑轨迹
6.1.5 四种类型Néel skyrmions拓扑轨迹
6.1.6 小结
6.2 磁场诱导的skyrmion晶格极性反转
6.2.1 微磁学模型和材料参数
6.2.2 磁skyrmion晶格的产生
6.2.3 面内和面外磁场对skyrmion晶格极性反转的影响
6.2.4 磁skyrmion晶格的极性反转过程
6.2.5 小结
6.3 三角形结构中磁涡旋的铁磁共振研究
6.3.1 微磁学模型及参数
6.3.2 面内磁场对双涡旋静态磁结构的影响
6.3.3 零场下的共振磁谱
6.3.4 在面外磁场下的功率谱密度
6.3.5 小结
6.4 本章总结
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 主要结论
7.1.1 赛道存储器的研究
7.1.2 自旋纳米振荡器的研究
7.1.3 磁skyrmion对磁场的响应以及磁涡旋的铁磁共振
7.2 研究展望
在学期间的研究成果
致谢
本文编号：3744804
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