鐵磁材料具有優(yōu)良的多場耦合特性,因此被廣泛地應用于傳感器、存儲器等功能器件。鐵磁材料中磁結構的拓撲特性對材料的物理性能具有顯著的影響。本文采用實空間下的相場模擬方法,研究了力學載荷對鐵磁材料中磁化渦旋和磁性斯格明子兩種拓撲磁結構的影響。由于實空間下的相場模型克服了文獻中已有模型對周期性邊界條件的依賴,可以適用于復雜外形和復雜邊界的材料模型,因此能夠有效地模擬低維鐵磁材料中磁化渦旋和磁性斯格明子等復雜拓撲磁結構在不同外場下的演化。首先,本文通過相場模型模擬了外力作用下具有缺陷的鐵磁材料中磁化渦旋的演化及其對鐵磁材料斷裂性能的影響。模擬結果表明,外力作用會使模型中裂紋兩邊原有的雙磁化渦旋結構轉化為6個渦旋結構,從而顯著地降低了裂紋尖端應力強度因子。其次,我們通過在相場模型中引入DM交互作用和自旋轉移矩效應,研究了單軸應變對手性磁體磁序的調(diào)控。研究結果表明,鐵磁薄膜中的外加應變不僅可以改變手性磁體磁結構的尺寸和形態(tài),更會引起新型的斯格明子拓撲相變。與此同時,通過相場模擬,我們發(fā)現(xiàn)手性磁體的拓撲相變過程會顯著影響材料的彈性系數(shù)。最后,采用鐵電/鐵磁復合材料相場模型,研究了鐵電和鐵磁復合薄膜的界面變形對斯格明子的影響。結果表明,鐵電和鐵磁復合薄膜中鐵電斯格明子引起的界面變形,可以成功地在鐵磁層中誘導出了自發(fā)斯格明子格點,從而得到了電控磁性斯格明子的新途徑。本文的研究結果表明,基于鐵磁材料的磁彈耦合效應,我們可以采用力學手段對不同形式的拓撲磁結構進行有效的調(diào)控,為設計基于拓撲磁結構的新型自旋電子器件提供了一定的理論基礎。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O482.54
【部分圖文】：

浙江大學碩士學位論文＾式中ｍ表示鐵磁材料中的基準化磁化強度矢量。根據(jù)拓撲數(shù)的不同，我們可以把拓撲構分為非平庸拓撲結構（Ｓ＃０）和平庸拓撲結構（Ｓ＝０），這兩種拓撲磁結構之間無法發(fā)地相互轉換，因此具有非平庸拓撲荷的磁化結構是受到拓撲保護的。納米鐵磁材料中見的拓撲磁結構都具有自己的拓撲數(shù)，比如磁疇壁（ｓ＝ｏ）、斯格明子（Ｓ＝ｌ）、磁化渦（Ｓ＝ｌ／２）、麥紉（Ｓ＝ｌ／２）等等。鐵磁材料中最常見的拓撲磁結構是磁疇壁。磁疇是鐵磁材微結構的主要表現(xiàn)形式，表示鐵磁材料內(nèi)部原子磁矩規(guī)則分布的一個區(qū)域。而磁疇壁是個磁疇之間磁化逐漸過渡的區(qū)域。磁疇壁有兩yL經(jīng)典的分布：磁化在疇壁面內(nèi)逐漸變化至反向的布洛赫型（Ｂｌｏｃｈ邋ｗａｌｌ）和磁化在垂直疇壁面方向逐漸變化直至反向的尼爾型（Ｎｅｗａｌｌ），其結構如圖１．１所示。逡逑

１１邋ｈ邋卜…１１１邋…＇邋１１１１邋ｊ邐１１／／＾＼＼＼邋｜逡逑（ａ）布洛赫型磁疇壁邐（ｂ）尼爾型磁疇壁逡逑圖１．邋１鐵磁材料中磁疇壁的拓撲結構？逡逑磁性斯格明子作為拓撲磁學經(jīng)典的研究對象Ｐｉ，近年來引起了學術界的廣泛關注。的概念最初由Ｓｋｙｒｍｅ１１３］提出，最開始是用來描述核物理中的強子（ｈａｄｒｏｎｓ）。然而當處于非平衡態(tài)或者是在外場作用、拓撲缺陷擴散時，斯格明子狀態(tài)也會出現(xiàn)統(tǒng)中，如量子霍爾系統(tǒng)｜１４１，液晶［１５］，經(jīng)典流體（｜６］和手性磁體［７；８］中。手性磁體中格明子在拓撲上可以理解為一種極端的磁疇壁與上面提到的磁疇壁相對應，明子也可以分為布洛赫型和尼爾型兩種，其中布洛赫型表現(xiàn)出了類似渦旋的手性尼爾型為對稱分布。相比布洛赫型，尼爾型斯格明子通常出現(xiàn)在斯格明子尺寸較性磁體中，較強的自旋交換作用使其不易出現(xiàn)渦旋結構。兩種斯格明子的經(jīng)典圖像如示。逡逑

浙江大學碩士學位論文磁化渦旋也是一種常見的拓撲磁結構，它在拓撲上介于磁性斯格明子和磁疇壁之間，通常逡逑在二維納米鐵磁材料中出現(xiàn)。磁化渦旋中的磁化強度會首尾相接形成渦旋結構，而中心處逡逑的磁化強度會指向面外。根據(jù)渦旋磁化強度渦旋方向和中心磁化方向的不同，我們可以將逡逑其劃分為四種不同形態(tài)，其具體結構如圖１．３（ａ）所示。處于不同狀態(tài)的磁化渦旋之間可以逡逑在外場下實現(xiàn)相互轉換，這也為其運用于枿機存儲器提供了可能。逡逑

【參考文獻】

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1 張志東;;磁性材料的磁結構、磁疇結構和拓撲磁結構[J];物理學報;2015年06期

本文編號：2817700