《細磁性納米線中磁疇壁超高速運動實現機制的理論研究》是依託河北師範大學，由蘆傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：細磁性納米線中磁疇壁超高速運動實現機制的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蘆傑
- 依託單位：河北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於細磁性納米線中磁疇壁動力學的高密度、高速度磁存儲介質是近年來的研究熱點。目前已知，靜磁場、含時磁場或自旋極化的電流都可以驅動磁疇壁沿納米線軸向運動。細納米線中橫向磁各向異性的存在使得存在一個軸向臨界磁場或電流密度：驅動小於此值時，磁疇壁將類剛體地平動；大於此值時，磁疇壁將旋轉往復地漂移運動。一般地，後者的平均速度小於前者，儘管瞬時速度峰值可能遠高於前者。 當外加驅動高於臨界值時，精細操控磁疇壁的運動以壓制甚至消除其旋轉往復形式，使之儘量保持在峰值速度以類剛體模式前進，是實現磁疇壁超高速軸向運動的理想途徑。在本申請中，基於磁疇壁在細納米線中被角向釘扎的各種可能機制，申請人提出了多種方案以壓制或消除磁疇壁面的角向轉動從而實現磁疇壁的超高速軸向運動，進而大幅提高器件的處理速度。探索各種實現方案的理論極限，為新型磁性納米器件的研發提供理論依據，是本課題的主要研究內容和目標。
結題摘要
項目背景和研究內容：承載著橫向磁疇壁（TDW）的細磁性納米線是未來的納米“賽道存儲器”的基本構成單元，而TDW的軸向運動速度直接決定著器件的回響速度。驅動TDW運動的各種機制及所導致的TDW遷移率目前已比較清楚，而尋找進一步加速的可能性則成為理論探索和實際套用上的迫切需求。事實上，有多種方式可進一步加速TDW。其中，施加橫向磁場（TMF）在數值模擬和實驗測量中最為常見，同時也是其他方式的基礎，然而缺乏理論指導。在本項目中，我們系統研究了多種驅動因素下，在細磁性納米線中實現磁疇壁的超高速軸向運動進而大幅提高器件處理速度的機制，探索了其理論極限，為新型磁性納米器件的研發提供了理論依據。 主要結果：首先是靜態情形。在均勻TMF下，原本處於easy-面內的TDW將被拉離，並在其中心區域附近被扭曲。一般來說，嚴格的TDW解析構型難以求解。通過一些近似，我們得到了一個連續可微的、極角和方位角完全解耦的近似解。此解非常接近於數值模擬結果，且是動力學工作的基礎。接著我們套用漸進展開方法，系統研究了TMF下的TDW動力學。解析結果顯示：在磁場驅動和電流驅動情況下，TMF可對TDW顯著加速。在軸向磁場驅動情況下，均勻TMF在允許的幅度範圍內將極大加速TDW的軸向運動。解析結果與數值模擬結果高度吻合。另一方面，為消除均勻TMF所引起的TDW中心區域的扭曲，我們固定TMF的幅度，而允許其指向可變。最終，我們得到了給定TDW傾斜姿態下，為實現它的TMF構型；且此時TDW仍被軸向場加速。在電流驅動情形下，我們關注均勻TMF，並主要集中討論以下三種常見構型：（1）電流沿單層磁性納米線軸向傳播，（2）電流垂直通過三層結構的自旋閥，（3）電流沿雙層（單層磁性+重金屬非磁性襯底）納米線軸向傳播。解析結果給出：只要磁矩所受力矩不含有磁矩空間梯度分量，TMF即可加速TDW運動。我們給出了三種情況下的加速因子，並建立了電流驅動下TDW運動的路線圖以解釋解析結果。最後，我們也進行了安德森轉變的一些研究，採用的方法是構建新的包含自旋的隨機格線模型，以模擬處於隨機勢場中的帶自旋電子，從而探索二維和三維拓撲絕緣體中的量子相變。
