磁納米結構的磁動力學及反磁化機制研究.pdf

1、磁信息記錄和信息處理器件都是通過操控磁納米點，磁多層膜結構的磁矩取向來實現(xiàn)信息的處理。磁納米結構的反磁化時間決定信息的處理速度。未來高性能的磁信息器件要求磁納米結構具有亞納秒的超快反磁化，GHz信息處理頻率，這一信息處理頻率與磁納米結構的本征自旋波頻率相當。因此，充分認識磁納米結構的磁動力性質(zhì)變得十分重要。另外，磁納米結構的反磁化機制與其磁動力學性質(zhì)密切相關，弄清這兩者間的內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)可控的反磁化過程成為發(fā)展未來高性能磁信息器件的關鍵

2、問題。進動反磁化方式被認為是實現(xiàn)亞納秒超快反磁化最有前途的方法。但進動反磁化要求精確控制脈沖持續(xù)時間，且進動磁反轉后存在長時間磁振蕩，不利于實際應用。如何使進動反磁化更利于實際應用成為另一關鍵問題。針對這些關鍵問題，本論文基于微磁學理論方法展開如下研究:
　　首先，系統(tǒng)的研究了磁納米點、納米三層膜結構的本征磁動力學性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)，這些三維受限體系的自旋波表現(xiàn)出與連續(xù)磁體不同的特性，如局域化效應和量子化效應，都會出現(xiàn)邊緣局域化模式、一致

3、模式和不同形式的量子化自旋波模式。通過改變磁體結構參數(shù)可實現(xiàn)對自旋波的頻率和空間分布狀態(tài)的有效調(diào)控。在鐵磁(FM1)/非磁(NM)/鐵磁(FM2)三層膜結構中，每一種自旋波模式都會現(xiàn)光學支和聲學支自旋波。通過改變兩鐵磁層間的靜磁或交換耦合可以有效調(diào)制光學支自旋波的頻率，而聲學支自旋波基本不受影響。當兩鐵磁層的厚度或磁參數(shù)不同時，由于兩鐵磁層各自的本征自旋波頻率不同，通過靜磁和交換耦合使兩磁層的自旋波出現(xiàn)鎖頻現(xiàn)象?；谖⒋艑W理論和自旋波理

4、論對磁納米結構上述磁動力學性質(zhì)以及調(diào)制機理給出了解釋。
　　其次，系統(tǒng)的研究了上述磁納米結構的反磁化機制。發(fā)現(xiàn)，改變磁體的形狀可有效調(diào)控磁體的反磁化過程。而這種形狀調(diào)制與磁體本征磁動力學的變化有著密切的關系。反磁化過程總是伴隨著某種自旋波模式的軟化。軟化自旋波模式的空間分布和對稱性決定了反磁化過程中微磁結構的演變。對矩形磁體，其反磁化過程為邊緣形核，及隨后的磁壁移動來實現(xiàn)，這種反磁化過程是由于邊緣局域自旋波模式的軟化而誘導產(chǎn)生的。

5、對矩形邊緣進行適當?shù)牟眉艉螅浞创呕^程轉變?yōu)闇室恢麓欧崔D過程，這種反磁化過程是由于自旋波一致模式的軟化所觸發(fā)。對反鐵磁耦合三層膜結構，當兩磁層厚度相同時，反磁化過程從兩鐵磁層邊緣開始形核，伴隨著邊緣疇的形成，成長和移動過程。邊緣局域化光學模式自旋波的軟化觸發(fā)兩鐵磁層同時反轉。當兩磁層厚度不同時，反磁化過程經(jīng)歷復雜的微磁結構變化，每種磁結構的變化伴隨著某種自旋波模式的軟化。
　　最后，研究了納米磁體的超快進動反磁化過程。提出了一種

6、弱直流自旋極化電流輔助的場誘導進動反磁化機制。無自旋極化電流時，場誘導的進動反磁化需要精確控制脈沖場的持續(xù)時間，脈沖持續(xù)時間僅處于一個較窄的時間窗口內(nèi)可實現(xiàn)有效磁反轉。此外，進動反轉后磁體在新的平衡態(tài)附近存在一長時間的磁振蕩，增加了磁反轉時間。當施加一弱直流極化電流后，可有效擴寬脈沖場持續(xù)時間窗口，同時也能有效抑制進動反轉后的磁振蕩。研究了垂直極化的脈沖電流誘導的進動反磁化過程。這種反磁化機制同樣需要精確控制脈沖電流的持續(xù)時間，也存在一