360°畴壁及多畴壁在电流及自旋波驱动下的动力学研究

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近些年,关于畴壁的运动技术取得了很大的进展,在此基础上研发的下一代磁性存储器和逻辑器件等也受到大家的广泛关注,其中如何有效的驱动畴壁快速且稳定的运动,是目前研究的热点。磁畴壁可有横向壁(transversewall,TW)、涡旋壁(vortexwall,VW)、以及复合的360°壁等类型。在过去十年中,电流驱动畴壁运动的理论研究已经比较成熟,人们发现电流驱动畴壁运动是因为载流子和畴壁间的自旋转移力矩(Spin Transfer Torque,STT),单个畴壁运动对电流的依赖规律也比较清楚。但是,电流驱动畴壁运动存在许多问题需要克服,如Walkerbreakdown、某些畴壁(如360°壁)在电流作用下容易被破坏、多畴壁运动时可能信息失真、以及电流驱动难免有焦耳热等。自旋波驱动畴壁运动可以弥补电流驱动中能耗和焦耳热的不足,然而人们对自旋驱动畴壁运动的物理机理认识还有争议。单个畴壁(如横向壁)的散射场比较长,不利于纳米线“赛道”的多畴壁信息记录,由两个手性相反的横向壁组成的360°壁可以避免这个缺点。本文采用基于LLG(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程的微磁模拟方法,计算了如何提高360°畴壁在电流驱动中的稳定性,并且计算了自旋波驱动多360°畴壁的动力学行为和特点。第一章我们介绍了磁存储技术的发展进程和当前的主要相关应用,畴壁的相关背景知识,以及推动畴壁进行运动的一些手段,最后简单介绍了畴壁运动研究进展和发展现况。第二章介绍了本论文的理论计算方法,描述了经典的自旋动力学方程Landau-Lifshitz-Gilbert方程、有效场的计算和模拟步骤,并进一步介绍了包括自旋转移力矩的LLG(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程。第三章主要介绍了我们对电流驱动360°畴壁的相关研究。之前的相关工作表明,360°畴壁相比于180°畴壁,有着更高的存储密度以及更小的散射场,更有利于信息的存储。但是,360°畴壁也存在着一些问题。当360°畴壁在比较大的电流的驱动下时,会发生湮灭,我们称这个电流为临界电流uc。这个临界电流远小于180°畴壁在电流驱动下发生沃克崩溃的电流uw。为了解决这个问题,我们通过调节面内各向异性来提高360°磁畴壁的临界电流。结果发现通过调节面内各向异性,既能够提高360°畴壁的临界电流也能使其在保持在一个合适的宽度,更利于实际的应用。第四章研究了多360°磁畴壁在自旋波驱动下的动力学行为。研究表明,电流驱动畴壁运动会产生焦耳热,影响器件的使用。而自旋波驱动畴壁不需要电荷的输运,也就不会产生焦耳热,同时360°畴壁相比于180°畴壁也有很多优点,所以我们就想用自旋波驱动多360°畴壁,来实现数据的多位存储。我们的研究表明自旋波驱动多360°畴壁的速度随着畴壁数目的增加而减小,同时我们发现多360°畴壁在自旋波驱动下,其速度峰值的位置是保持不变的。
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