磁納米帶中多疇壁磁結構的自旋極化電流驅動

《磁納米帶中多疇壁磁結構的自旋極化電流驅動》是依託揚州大學，由蘇垣昌擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁納米帶中多疇壁磁結構的自旋極化電流驅動
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：蘇垣昌
• 依託單位：揚州大學

項目摘要

未來賽道存儲器的讀和寫可以通過自旋極化電流驅動疇壁運動來實現。本項目基於Landau-Lifshitz-Gilbert方程和我們新改進的自旋動力學模擬方法，研究磁納米帶中多疇壁磁結構的形成機制及其調控，進而研究自旋極化電流驅動多疇壁磁結構運動的特徵等。利用我們新改進的自旋動力學模擬方法可快速找到系統平衡態的特點，有效地研究納米尺度系統中微結構、邊界形狀、磁晶各向異性以及磁納米帶間的相互作用等對磁納米帶微觀磁結構的影響。結合傳統自旋動力學模擬方法，研究各種微觀磁結構的穩定性釘扎及其極化電流場作用下的動力學行為。揭示T型壁與V型壁之間、單渦旋結構和雙渦旋結構之間，以及渦旋磁結構中各種能量簡併態磁疇之間的轉換與調控，實現多疇壁磁結構的有效調控及其在自旋極化電流作用下地有效驅動，為發展自旋極化電流能穩定可控地驅動疇壁運動的技術提供理論指導。

結題摘要

本項目研究磁納米帶上單個和多個疇壁的在自旋極化電流作用下的動力學行為，及相關的物理機理。通過基於Landau-Lifshitz-Gilbert自旋動力學的微磁模擬方法計算，探索通過調控垂直各向異性增強疇壁的運動速度、通過溫度熱激發抑制Walker breakdown（WB）的發生、疇壁與疇壁間的相互作用對疇壁動力學行為的影響、以及自旋波驅動磁疇壁運動的機制問題等。典型的成果如下： （1）隨著垂直各向異性增大，疇壁受到來自於系統束縛勢的束縛力會非單調地先減小後增大，而來自於電流的驅動力單調地增大，導致疇壁運動速度會出現先減小後增加的非單調現象。這種非單調現象隨著電流增大會逐漸消失，轉變為疇壁運動速度單調增大的現象。主要原因是，電流較大時，驅動力相對束縛力取決定的作用，從而使疇壁運動速度隨垂直各向異性增加呈單調增大。 （2）WB過程中疇壁磁矩震盪在一個周期內可分為兩個階段：一是疇壁的垂直磁矩增大，該階段疇壁運動速度是增大的；另一是垂直磁矩減小，該階段疇壁運動速度減小。總體上，導致疇壁的平均速度減小，這就是WB導致疇壁運動速度下降的原因。溫度能夠很好地抑制WB，使疇壁運動速度得到有效地增大。主要的原因是，熱場能夠破壞WB中磁疇壁極性的規則震盪，使磁疇壁極性震盪的周期增大，從而達到抑制WB的效果。 （3）疇壁與疇壁之間總是存在長程的相互吸引。這種長程吸引會使兩個分處在相鄰納米帶上的疇壁耦合在一起，當其中一個疇壁受到電流驅動時，另一個疇壁會跟著運動。如果多個疇壁兩兩取向相反放置在一條納米帶上，疇壁間除了長程吸引還存在短程排斥，這會導致多360o疇壁亞穩結構的形成。這種多360o疇壁結構在電流作用下可以像單個疇壁一樣穩定運動，當電流大於uc時會發生湮滅。uc隨360o子結構數目n360變化而變化，並呈現奇偶特性。這種奇偶效應與面外磁矩Mz有關。 （4）自旋波驅動疇壁運動總是伴隨著疇壁兩邊磁疇能量失衡，其中一邊磁疇能量密度減小，另一邊磁疇能量密度增加，疇壁運動歸功於能量密度小的磁疇擴張及能量密度大的磁疇縮小。在自旋波傳播的區域能量密度會增加，而在自旋波的入射波與反射波疊加區域，能量密度減小。這種能量失衡機制能夠很好地解釋自旋波驅動磁疇壁運動的所有規律。