磁疇壁結(jié)構(gòu)動力學(xué)及其應(yīng)用研究.pdf

1、自旋電子學(xué)將電子的自旋屬性和電荷屬性緊密地聯(lián)系了起來，這兩個自由度的結(jié)合為開發(fā)性能優(yōu)異的電子器件提供了更廣闊的空間。賽道存儲器，自旋納米振蕩器，STT-MRAM就是其中三種典型的自旋電子學(xué)器件，有著巨大的應(yīng)用前景，然而在實現(xiàn)應(yīng)用之前仍有一些問題需要解決。本論文主要通過微磁學(xué)模擬和實驗的手段，針對賽道存儲器和自旋納米振蕩器等自旋電子學(xué)器件遇到的一些問題進行研究。
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　　Parkin起初設(shè)計的賽道存儲

2、器是基于面內(nèi)磁化納米帶中的180度疇壁。相比之下，基于360度疇壁的賽道存儲器具有更高的存儲密度和較強的抗磁場干擾能力。在第三章中，我們首先設(shè)計了簡單的產(chǎn)生360度疇壁的電極結(jié)構(gòu)并通過微磁學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，要成功產(chǎn)生360度疇壁，電流脈沖的下降過程需要緩慢降低以防止疇壁湮滅。然后利用平行納米帶中360度疇壁和180度疇壁的耦合，或者兩個360度疇壁的耦合提高了360度疇壁的穩(wěn)定性，從而使360度疇壁的極限速度提高了81.1％。
　　第四

3、章中，我們研究了磁振子（自旋波）與360度疇壁的相互作用，自旋波的傳播過程沒有電荷輸運，所以為解決焦耳熱的問題提供了一種新的思路。微磁學(xué)模擬研究發(fā)現(xiàn)，自旋波也可以驅(qū)動360度疇壁運動，而且根據(jù)材料參數(shù)和自旋波頻率的不同，疇壁可以沿著自旋波方向或者反方向運動。此外，通過被360度疇壁反射的自旋波研究了自旋波的多普勒效應(yīng)。通過透射自旋波研究了自旋波的相位移動效應(yīng)。
　　垂直各向異性材料納米帶中的疇壁寬度非常窄，而且臨界電流密度也比面內(nèi)

4、磁化樣品中要低，所以非常有利于提高賽道存儲器的存儲密度并降低功耗。產(chǎn)生磁疇壁是研究其應(yīng)用的一個非常關(guān)鍵的步驟，傳統(tǒng)上是利用一個與納米帶垂直的直線電極來產(chǎn)生疇壁。第五章中，我們提出了一個非常高效的在垂直各向異性納米帶中注入磁疇的Π型的電極結(jié)構(gòu)。這種方法可以用5.35×1011 A/m2的電流脈沖在15 ns的脈沖時間內(nèi)在Co/Ni多層膜中成功產(chǎn)生一個磁疇。實驗和計算結(jié)果都證明這種方法的能耗只有傳統(tǒng)方法的30%左右。最后，我們通過反常霍爾效

5、應(yīng)測量了磁疇壁在十字叉結(jié)構(gòu)處的釘扎和脫釘扎現(xiàn)象，并通過電流對脫釘扎場進行了調(diào)控。
　?。ǘ┳孕{米振蕩器問題研究
　　自旋納米振蕩器有很多非常優(yōu)異的性能，然而其輸出功率是一個瓶頸問題，現(xiàn)在有一種非常好的解決思路就是制作振蕩器陣列，然后通過多個振蕩器信號的疊加來提高輸出功率。第六章中，我們研究了點電流驅(qū)動隧道結(jié)結(jié)構(gòu)中磁Skyrmion的振蕩，并依此原理設(shè)計了一種新型的基于磁Skyrmion的自旋納米振蕩器。該振蕩器可以在一個