基于磁渦旋的自旋納米振蕩器的微磁學模擬.pdf

1、自科學家Albert Fert和Peter Grunberg發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)(GMR)之后，以自旋極化電子輸運以及相關(guān)元件開發(fā)為基礎(chǔ)的自旋電子學得以形成，且磁性傳感器和數(shù)據(jù)存儲等技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。隨后，理論預(yù)言的自旋轉(zhuǎn)移矩(spin transfer torque。STT)效應(yīng)在實驗上的實現(xiàn)，被認為是繼GMR效應(yīng)后的另一里程碑式的重大發(fā)現(xiàn)。具體來說，當自旋極化電流通過磁性多層膜時，其極化電子所帶的角動量轉(zhuǎn)移給磁性層的局域磁矩，進而對局

2、域磁矩產(chǎn)生一個 STT力矩作用。在自旋閥或隧道結(jié)結(jié)構(gòu)中，STT可以激發(fā)磁性層局域磁矩發(fā)生不同的動力學過程，例如磁疇移動，磁矩的翻轉(zhuǎn)或穩(wěn)定進動等，從而可以應(yīng)用在微波發(fā)生器,磁性傳感器及賽道存儲器等器件上。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴坡莫合金自由層中渦旋態(tài)與Dzyaloshinskii-Moriya相互作用參數(shù)D的關(guān)系。當D達到臨界值Dthre時，磁化狀態(tài)從磁渦旋態(tài)變?yōu)槁菪蔚臈l紋態(tài)。當|D|>Dthre時，磁化狀態(tài)是一個條紋態(tài)。對于

3、|D|0時，磁渦旋核的尺寸隨D值的增大而變大；相反，D<0情況的磁渦旋核的尺寸則變小。⑵當D=3mJ/m2時，隨著電流密度的增加，磁渦旋核的進動頻率大約是D=0情況的3倍，其可承受的電流密度和所加電流范圍也會更大，以及當納米盤尺寸R=50nm時微波線寬變窄。⑶對于D=3mJ/m2，圓盤尺寸R越小，則其進動頻率越高且可調(diào)的頻率范圍和所加電流密度也更大。⑷在無雜質(zhì)的納米盤中，渦旋核的進動半徑和

4、進動頻率隨電流密度的增加而增加。⑸當環(huán)狀雜質(zhì)是吸引勢時，渦旋核可穿過環(huán)，并且雜質(zhì)環(huán)的內(nèi)半徑對進動半徑和進動頻率有調(diào)控作用，其頻率調(diào)控范圍約為70MHz。⑹當環(huán)狀雜質(zhì)為排斥勢時，對于無垂直各向異性的環(huán)，渦旋核可穿過環(huán)，雜質(zhì)環(huán)的內(nèi)半徑，環(huán)寬和環(huán)的交換常數(shù)及飽和磁化強度對其進動半徑和進動頻率都有調(diào)控作用，且頻率最大調(diào)節(jié)范圍約為640MHz。對于有垂直各向異性的環(huán)，環(huán)寬較小時渦旋核可穿過環(huán)，環(huán)寬較大時渦旋核在環(huán)內(nèi)半徑邊界處極性翻轉(zhuǎn)。環(huán)的內(nèi)半徑和

5、交換常數(shù)對頻率有一個大的調(diào)控，而環(huán)寬和垂直各向異性常數(shù)對其有一個微調(diào)。⑺基于GPU加速的MuMax3軟件模擬了納米盤中的空點對磁渦旋核動力學過程的影響。當空點離盤幾何中心的距離r變化時，渦旋核進動出現(xiàn)不同的情況。首先，當r=25 nm時的渦旋核被空點釘扎住。其次，r在35 nm到75 nm的范圍內(nèi)時，渦旋核能周期性振蕩所需的時間卻隨著r的增加而逐漸增加，且進動頻率可在約10 MHz范圍內(nèi)微調(diào)，而且當r=35 nm時，隨納米盤尺寸的增加進