超薄磁性薄膜中疇壁動力學的數(shù)值模擬研究.pdf

1、過去的十幾年,人們發(fā)現(xiàn)疇壁的運動與諸多重要的物理現(xiàn)象相關,其中鐵磁和鐵電材料中疇壁運動現(xiàn)象一直是研究的熱點。在不同類型的驅動外場下,疇壁運動復雜多變,呈現(xiàn)出豐富的相變現(xiàn)象。這是一個十分重要的研究課題:從實用角度看,它是開發(fā)新一代立體大容量計算機存儲器和邏輯運算設備的關鍵；從理論角度看,它也有助于加深對弱無序系統(tǒng)非平衡態(tài)動力學的理解。當然,疇壁運動現(xiàn)象非常復雜,在本篇博士論文中,我們將探討其中一類相對簡單的問題,即超薄磁性薄膜的疇壁動力學

2、。過去人們往往使用唯象的彈性弦模型,由于未考慮微觀相互作用,其結果和實驗存在一定差距,并且模型本身也存在不自洽性。因此在本篇博士論文中,我們試圖構建一套包含相互作用的微觀格點模型,克服彈性弦模型的缺陷,研究超薄磁性薄膜中疇壁運動的相變現(xiàn)象。應用遠離平衡態(tài)動力學以及相關方法,我們發(fā)現(xiàn)微觀格點模型和彈性弦模型屬于不同的普適類,并揭示了造成兩者差別的因為,同時還解釋了新的實驗現(xiàn)象。第三、四章是本篇博士論文的重點。
　　 第一章,我們簡

3、單介紹磁性疇壁的定義、疇壁運動現(xiàn)象以及研究疇壁運動的重要性。磁性疇壁的運動非常復雜,呈現(xiàn)出豐富的相變現(xiàn)象,例如有序-無序相變、釘扎相變、弛豫-蠕動相變等。其中超薄磁性薄膜的疇壁動力學是我們的主要研究對象,而遠離平衡態(tài)的短時動力學方法則是我們的主要研究方法。此外,我們還介紹本次工作的研究動機和內(nèi)容:用一系列微觀格點模型(例如伊辛模型和隨機場伊辛模型)代替常用的彈性弦模型(例如QEW方程)研究超薄磁性薄膜的疇壁動力學。通過遠離平衡態(tài)動力學方

4、法,我們系統(tǒng)地分析疇壁運動的各種相變現(xiàn)象,并和實驗結果相比較。
　　 第二章,我們系統(tǒng)地研究有序.無序相變時疇壁界面的動力學問題,并和表面生長過程相比較。由于沒有驅動外場,疇壁平均位置不變,但是疇壁界面變得越來越粗糙。通過引入空間標度x,我們系統(tǒng)地分析疇壁在相變時的動力學標度行為,并測量得到新的臨界指數(shù)值β0／ν,d0,dw,描述疇壁界面生長和粗糙化過程中的動力學特征,和表面生長過程不同。通過分析各種不同情況下(例如不同的空間維

5、度、模型、相變類型、疇壁結構、動力學類型等)有序-無序相變的疇壁動力學,我們發(fā)現(xiàn)疇壁普適的運動規(guī)律,符合我們的解析計算結果。
　　 第三章,應用帶弱無序相互作用的微觀格點模型,我們系統(tǒng)地研究疇壁運動的釘扎相變現(xiàn)象。不同于傳統(tǒng)觀點,我們發(fā)現(xiàn)微觀格點模型和彈性弦模型屬于不同的普適類,并研究了造成兩者差別的因為。以恒定外場驅動下的二維隨機場伊辛模型為例,應用短時動力學方法,我們不但精確地定出相變點、獲得各物理量的動力學標度行為,還測量

6、得到各種臨界指數(shù)值。它們普遍與QEW方程的有著10％～30％的差別,表明微觀格點模型和彈性弦模型確實屬于不同的普適類,而造成兩者差別的因為是釘扎相變時出現(xiàn)的懸突和小島等微觀構形。通過系統(tǒng)地分析釘扎相變的懸突動力學,我們發(fā)現(xiàn)懸突等微觀構形的動力學效應是釘扎相變的相關參量,而它們的生長機制卻和疇壁運動完全不同。
　　 第四章,通過構建含時的微觀格點模型,我們解釋了新的實驗現(xiàn)象,應用數(shù)值模擬的方法得到了實驗中弛豫-蠕動相變的Cole-

7、Cole圖。通過測量不同溫度和交變外場頻率下的復數(shù)磁化率,我們系統(tǒng)地研究了交變外場下疇壁運動的弛豫態(tài)和蠕動態(tài)行為,對應著Cole-Cole圖中的半圓形曲線和直線。此外,我們還測得臨界指數(shù)值β,反映由溫度熱效應導致的疇壁蠕動行為的特征。我們發(fā)現(xiàn)疇壁運動中存在兩個特征頻率f1,f2,將整個頻率空間分為三個區(qū)間,對應著疇壁運動的弛豫態(tài)、蠕動態(tài)和中間態(tài)。有趣的是,f1,f2還分別是振幅A(f,T)和相位延遲δ(f,T)行為的轉折點,暗示著疇壁的