磁子自旋流驅動的疇壁動力學研究

《磁子自旋流驅動的疇壁動力學研究》是依託中南大學，由郭光華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁子自旋流驅動的疇壁動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭光華
• 依託單位：中南大學

項目摘要

自旋極化電流驅動納米線中疇壁的運動以及相關器件的研究近年來取得了很大進展，然而過高的臨界電流密度以及電流產生的焦耳熱是影響疇壁自旋電子器件實用化的重要因素之一。本項目依據最新的研究發現，提出採用非電荷輸運的自旋流?-磁子自旋流來操控納米線中疇壁的運動。在理論上，基於合理的模型，採用量子場論方法研究磁子自旋流與疇壁相互作用的微觀機理，導出相應作用量的表達式，建立疇壁運動的理論模型，通過理論模型分析和微磁學模擬得到疇壁在磁子自旋流驅動下的運動規律。在實驗上，製備出納米線及相關的用於疇壁測試的納米線器件，通過電測量方法和時間分辨、空間分辨的磁光克爾技術研究疇壁在磁子自旋流驅動下的運動。通過本項目的研究將充分認識磁子自旋流驅動疇壁運動的微觀機理，掌握疇壁運動的規律，得到第一手的實驗數據，為開發全磁子疇壁自旋器件提供依據。對上述問題的研究還可能發現新的物理現象。

結題摘要

自旋極化電流驅動疇壁運動及相關器件的研究近年來取得了很大進展，然而過高的臨界電流密度以及電流產生的焦耳熱是一個未解決的關鍵問題。本項目提出採用非電荷輸運的自旋流 - 磁子自旋流來操控疇壁，從理論和實驗兩個方面研究了納米線中疇壁的動力學性質和磁子自旋流驅動的疇壁運動。主要研究內容有：（1）疇壁的本徵磁動力學性質；（2）自旋波（磁子流）的傳播以及磁子自旋流與疇壁的相互作用；（3）納米線疇壁器件的製備，疇壁的注入、釘扎與退釘扎以及動力學性質的測量；（4）疇壁在自旋流驅動下的運動。重要結果有：（1）由於邊界受限，納米線中的疇壁具有一系列量子化的本徵振盪模式，如邊緣模式、中心模式、厚度振盪模式以及高階的量子化厚度模式等。（2）通過引入一個動態的偶極散射勢阱，很好的描述了自旋波在疇壁中傳播特性。提出了一種新型的可重構的磁子晶體－疇壁磁子晶體，這種磁子晶體可實現動態甚至是納秒量級的超快調控。（3）製備了納米線疇壁器件和納米線磁子晶體，測量了疇壁的釘扎與退釘扎、疇壁的本徵振盪模式，測量到了納米線磁子晶體的自旋波模式。結合理論模擬分析了疇壁本徵模式和磁子晶體自旋波模式的性質。（4）搞清楚了磁子自旋流與疇壁相互作用的物理機制，提出了磁子動量轉移力矩機制。給出了磁子自旋轉移力矩、動量轉移力矩和其它兩種與疇壁振盪相關力矩的解析表達式。建立了疇壁在磁子自旋流驅動下的動力學方程。（5）提出了一種驅動疇壁運動的新機制，即射頻場輔助的自旋轉移力矩驅動的疇壁運動，這種方式可有效降低臨界電流密度。（6）提出了一種產生高頻磁子自旋流的新方法，即在具有較強磁-電耦合鐵磁絕緣體（如YIG）中可通過梯度電場來產生磁子自旋流。上述研究結果對充分認識疇壁的動力學性質以及磁子自旋流與疇壁的相互作用具有重要的科學意義，也為研製疇壁自旋器件提供依據。