柔性磁致伸縮FeGa納米點陣中渦旋態的應力調控研究

《柔性磁致伸縮FeGa納米點陣中渦旋態的應力調控研究》是依託南昌大學，由代國紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：柔性磁致伸縮FeGa納米點陣中渦旋態的應力調控研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：代國紅
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

近年來，磁性納米點陣中的渦旋態引起了國內外研究人員的廣泛關注，研究磁渦旋態不僅對自旋電子學的發展有重要的科學意義，而且在開發下一代高密度磁存儲器方面具有廣闊的套用前景。 渦旋態發生極性翻轉時需要克服的勢壘高達十幾個電子伏特，以至於無法實現低磁場下的翻轉。 通過形狀各向異性和應力對磁性納米點陣中渦旋態進行調控，有望降低渦旋核極性翻轉勢壘。 應力場可以改變渦旋態的磁結構，與磁場不同的是，應力在材料中產生的退磁場小。因此，應力對磁渦旋態的調控規律將與磁場有顯著區別。本項目擬在柔性襯底上製備磁致伸縮FeGa納米點陣，通過控制納米點的幾何形狀並考慮到應力分布，研究應力作用下渦旋態手性和極性的調控規律，並有望實現低場下渦旋態極性的翻轉。 通過微磁學模擬計算，闡明應力對渦旋態翻轉的動力學行為的調控機制。 該項目研究對於開發基於渦旋態的隨機存儲器具有一定的參考意義。

結題摘要

隨著信息技術的進步，電子器件日益小型化且工作頻率越來越高。因此，電子設備中的磁性單元的工作頻率也越來越高。磁性薄膜的動態磁學性能研究，對於開發邏輯器件，自旋電子學器件，高速數據存儲以及微波器件等方面都具有重要的指導意義。對於微波器件，高頻下的可調諧的磁導率是實現鐵磁共振頻率調控的前提條件。此外，在磁性薄膜中引入磁各向異性，可以在零磁場條件下實現鐵磁共振，從而降低能耗並為器件的小型化創造條件。與連續薄膜相比，圖案化薄膜可以表現出更加豐富的動態、靜態磁學性能。 本項目系統研究了磁致伸縮FeGa條帶在外加張應力、壓應力的作用下，鐵磁共振峰的調控情況。由於FeGa材料具有優異的延展性，磁致伸縮係數大，抗衝擊性強，是製備柔性磁致伸縮薄膜的理想材料。通過彎曲應變，磁致伸縮材料受到柔性襯底傳遞過來的張應力、壓應力，應力能的增加會改變磁性薄膜的吉布斯自由能，磁化強度分布狀態會在應力能的作用下發生改變，從而對鐵磁共振峰的頻率產生影響。我們研究了FeGa條帶厚度為10 nm，寬度為30-80 nm，長度為200-1000 nm中鐵磁共振峰隨著條頻寬度和長度的變化情況。通過微磁學數值計算以及快速傅立葉分析，發現FeGa條帶中的兩個鐵磁共振峰主要來自於“體模式”和“邊緣模式”。條帶的幾何尺寸以及應力都可以有效的調控FeGa條帶的鐵磁共振峰的位置。在“體模式”和“邊緣模式”共振峰之間，還存在一個2階邊緣模式共振峰，這是關於鐵磁條帶中，2階“邊緣模式”共振峰的首次報導。2階“邊緣模式”共振峰隨著應力從-80 MPa增加到80 MPa，高階模式共振峰的頻率從13.6GHz下降為12.2 GHz。因此，高階邊緣模式峰也可以通過應力進行調控。 在應力（-80 MPa~ 80 MPa）的作用下，高頻“體模式”共振峰可以實現15.24 GHz 到19.00 GHz的變化，低頻“邊緣模式”共振峰可以實現5.97 GHz到8.75 GHz的調控。 通過研究應力作用下，FeGa條帶末端處磁化強度的分布狀態，我們發現FeGa條帶磁化強度分布狀態在樣品邊緣附近的局域非均勻分布在外力作用下體積的變化是調控鐵磁共振峰頻率的關鍵因數。