微纳米结构磁性材料的模拟研究

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目前,无论是工业上还是我们的日常生活中,磁性材料的应用都是非常广泛的。在过去的十年,由于微加工的持续发展,微纳米尺寸的结构已经被广泛的运用了,这些都是因为其具备低能耗和高整合性等显著的优势的原因。因此,磁性材料的研究也渐渐转移到了微纳米的结构上面了。本篇论文就着重讨论了微纳米磁盘涡旋态的旋性和极性控制研究,以及人工斯格明子的自旋波激发模式的研究。通过微磁学模拟,我们提出了一种在一个纳秒内切换磁性涡旋的旋性和极性的方法。这个可控的切换方法是通过结合两种不同类型的磁场脉冲,加到亚微米大小的七边形坡莫合金磁盘来实现的。首先,当一个约为100mT的磁场加到沿着七边形其中一边的方向之后,涡旋的旋性就可以根据脉冲磁场的方向来调控了。然后,当一对强度为几十mT,彼此之间有大约100ps的滞后而且相互垂直的脉冲磁场加到坡莫合金磁盘之后,极性就可以被进一步控制了,而且这个控制的过程是不影响之前的旋性控制的结果的。由于这两种类型的脉冲磁场强度上面有很大的不同,我们就可以结合它们来实现对涡旋旋性和极性的组合控制了。同时,我们还讨论了切换的机制,以及尺寸分别为500 nm和700 nm控制的相图。同样依靠微磁学模拟的方法,我们对之前被报道过的人工斯格明子晶体的自旋波激发模式进行了研究。这种斯格明子晶体是由一层垂直膜上面长一层六角涡旋阵列所形成的。我们先对这样的斯格明子加一个沿着面内和一个垂直于膜面的脉冲磁场,可以得到4个本征振动模式。然后通过对斯格明子加周期场,可以进一步确定其中两个频率较小的模式是面内进动模式,并且他们彼此的进动方向是相反的。剩下的两个较高的模式就是面外振动模式,即呼吸模式。为了比较,我们对斯格明子数为+1和-1的斯格明子都进行了相同的研究,发现他们的振动模式基本都是一样的,并且在加相同周期场的情况下,这两种斯格明子在相同时间的振动状态是刚好反过来的。
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