磁skyrmion是一種具有拓?fù)浔Ｗo(hù)性質(zhì)的自旋結(jié)構(gòu)。由于其本身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),近年來磁skyrmion被證明在賽道存儲(chǔ)器和自旋納米振蕩器等自旋電子器件當(dāng)中有極大的應(yīng)用潛力。然而在這些自旋電子器件商業(yè)應(yīng)用之前仍舊存在很多需要解決的問題。本文通過微磁學(xué)手段研究了磁skyrmion的動(dòng)力學(xué)過程,并提出了一系列方法來優(yōu)化其在賽道存儲(chǔ)器以及自旋納米振蕩器上的應(yīng)用。除此之外,還對(duì)比研究了磁疇壁和磁渦旋的靜態(tài)性質(zhì)以及動(dòng)力學(xué)過程。關(guān)于賽道存儲(chǔ)器的研究,因?yàn)槊鎯?nèi)360度疇壁有著較好的防磁場(chǎng)干擾的能力,所以我們?cè)诘谌卵芯苛薉zyaloshinskii-Moriya interaction(DMI)對(duì)電流驅(qū)動(dòng)的360度疇壁運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)DMI存在時(shí),360度疇壁的最大臨界速度提高了19.87%,并且疇壁更容易通過缺陷釘扎。相比于磁疇壁來說,磁skyrmions作為賽道存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元有著尺寸小、穩(wěn)定性高和低驅(qū)動(dòng)電流密度的優(yōu)點(diǎn),所以在第四章我們研究了電流驅(qū)動(dòng)的四種類型skyrmions運(yùn)動(dòng),發(fā)現(xiàn)除了Twisted skyrmion在一定條件下可以避免skyrmion霍爾效應(yīng)外,其它三種類型skyrmion...

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 磁電阻效應(yīng)
        1.1.1 各向異性磁電阻效應(yīng)
        1.1.2 巨磁電阻效應(yīng)
        1.1.3 隧穿磁電阻效應(yīng)
    1.2 自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)
    1.3 自旋霍爾效應(yīng)
    1.4 磁skyrmion
        1.4.1 磁skyrmion的觀測(cè)
        1.4.2 磁skyrmion的微磁學(xué)激發(fā)
    1.5 賽道存儲(chǔ)器
    1.6 自旋納米振蕩器
    1.7 本論文主要內(nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第二章 微磁學(xué)基礎(chǔ)理論
    2.1 磁體中的能量項(xiàng)
        2.1.1 交換能
        2.1.2 塞曼能(Zeeman energy)
        2.1.3 退磁能
        2.1.4 磁晶各向異性能
        2.1.5 DMI能
    2.2 靜態(tài)微磁學(xué)
    2.3 動(dòng)態(tài)微磁學(xué)
        2.3.1 無阻尼時(shí)磁化進(jìn)動(dòng)方程
        2.3.2 有阻尼時(shí)磁化進(jìn)動(dòng)方程
        2.3.3 包含STT的 LLG方程
        2.3.4 包含SOT的 LLG方程
    2.4 數(shù)值計(jì)算方法
        2.4.1 有限差分方法
        2.4.2 有限元方法
    2.5 常用的微磁學(xué)軟件
    參考文獻(xiàn)
第三章 DMI對(duì)360度疇壁靜態(tài)性質(zhì)與動(dòng)力學(xué)影響
    3.1 微磁學(xué)模型及參數(shù)
    3.2 DMI對(duì)360度疇壁靜態(tài)性質(zhì)的影響
    3.3 DMI對(duì)360度疇壁動(dòng)力學(xué)過程的影響
    3.4 缺陷釘扎對(duì)360度疇壁運(yùn)動(dòng)的影響
    3.5 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 電流驅(qū)動(dòng)的磁skyrmion賽道存儲(chǔ)器
    4.1 電流驅(qū)動(dòng)的Twisted skyrmion運(yùn)動(dòng)
        4.1.1 微磁學(xué)模型和材料參數(shù)
        4.1.2 四種類型skyrmions的拓?fù)湫再|(zhì)
        4.1.3 STT驅(qū)動(dòng)的Twisted skyrmions動(dòng)力學(xué)
        4.1.4 SHE驅(qū)動(dòng)的Twisted skyrmions動(dòng)力學(xué)
        4.1.5 小結(jié)
    4.2 Skyrmion在邊界勢(shì)壘納米帶中的運(yùn)動(dòng)
        4.2.1 微磁學(xué)模型以及參數(shù)
        4.2.2 Skyrmion在邊界勢(shì)壘納米帶中的靜態(tài)特性
        4.2.3 Skyrmion在邊界勢(shì)壘納米帶中的動(dòng)力學(xué)過程
        4.2.4 小結(jié)
    4.3 SHE驅(qū)動(dòng)的反鐵磁skyrmion的運(yùn)動(dòng)
        4.3.1 微磁學(xué)模型和參數(shù)
        4.3.2 反鐵磁skyrmion在納米帶中的激發(fā)以及基態(tài)
        4.3.3 SHE驅(qū)動(dòng)的反鐵磁skyrmion和鐵磁skyrmion運(yùn)動(dòng)
        4.3.4 釘扎對(duì)反鐵磁skyrmion運(yùn)動(dòng)的影響
        4.3.5 小結(jié)
    4.4 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 基于磁skyrmion自旋納米振蕩器的研究
    5.1 垂直磁場(chǎng)對(duì)磁skyrmion振蕩器的影響
        5.1.1 微磁學(xué)模型及參數(shù)
        5.1.2 垂直外加磁場(chǎng)對(duì)skyrmion尺寸的影響
        5.1.3 不同極化角對(duì)skyrmion運(yùn)動(dòng)的影響
        5.1.4 振蕩器頻率隨電流密度以及垂直磁場(chǎng)的變化
        5.1.5 振蕩器頻率隨電流密度以及DMI強(qiáng)度的變化
        5.1.6 小結(jié)
    5.2 基于在環(huán)形凹槽中運(yùn)動(dòng)的skyrmion自旋納米振蕩器
        5.2.1 模型參數(shù)以及skyrmion的激發(fā)
        5.2.2 振蕩器工作原理
        5.2.3 環(huán)形凹槽的內(nèi)徑和寬度對(duì)振蕩器頻率的影響
        5.2.4 環(huán)形凹槽中存在多個(gè)skyrmions的自旋納米振蕩器
        5.2.5 小結(jié)
    5.3 基于skyrmion與疇壁排斥作用的自旋納米振蕩器陣列
        5.3.1 模型以及參數(shù)
        5.3.2 啞鈴狀振蕩器的工作原理
        5.3.3 橋梁寬度和長度對(duì)振蕩器頻率的影響
        5.3.4 雙圓盤不同電流密度時(shí)的功率譜密度
        5.3.5 多個(gè)skyrmions自旋納米振蕩器
        5.3.6 Skyrmions自旋納米振蕩器陣列
        5.3.7 小結(jié)
    5.4 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 磁場(chǎng)對(duì)磁skyrmion和磁渦旋調(diào)控的研究
    6.1 面內(nèi)微波磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.1 模型以及材料參數(shù)
        6.1.2 不同頻率微波磁場(chǎng)下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.3 不同振幅微波磁場(chǎng)下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.4 不同相位微波磁場(chǎng)下的skyrmion拓?fù)滠壽E
        6.1.5 四種類型Néel skyrmions拓?fù)滠壽E
        6.1.6 小結(jié)
    6.2 磁場(chǎng)誘導(dǎo)的skyrmion晶格極性反轉(zhuǎn)
        6.2.1 微磁學(xué)模型和材料參數(shù)
        6.2.2 磁skyrmion晶格的產(chǎn)生
        6.2.3 面內(nèi)和面外磁場(chǎng)對(duì)skyrmion晶格極性反轉(zhuǎn)的影響
        6.2.4 磁skyrmion晶格的極性反轉(zhuǎn)過程
        6.2.5 小結(jié)
    6.3 三角形結(jié)構(gòu)中磁渦旋的鐵磁共振研究
        6.3.1 微磁學(xué)模型及參數(shù)
        6.3.2 面內(nèi)磁場(chǎng)對(duì)雙渦旋靜態(tài)磁結(jié)構(gòu)的影響
        6.3.3 零場(chǎng)下的共振磁譜
        6.3.4 在面外磁場(chǎng)下的功率譜密度
        6.3.5 小結(jié)
    6.4 本章總結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 主要結(jié)論
        7.1.1 賽道存儲(chǔ)器的研究
        7.1.2 自旋納米振蕩器的研究
        7.1.3 磁skyrmion對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)以及磁渦旋的鐵磁共振
    7.2 研究展望
在學(xué)期間的研究成果
致謝



本文編號(hào)：3744804