自旋波驱动横向磁畴壁运动的自旋动力学的研究

摘要

在这个信息化的社会，随着人们对数据存储密度和数据读取速度的要求的提高，传统硬盘的缺点逐渐暴露，已经无法满足人们的要求，这必然会催生出对新型存储器的研究，2008年IBM的parkin等人提出了赛道存储器，它是利用纳米带中的磁畴来存储数据，由于其可以做在三维平面内，可以大大提高存储密度，所以磁畴壁运动在数据存储和逻辑器件方面具有很大的潜在应用价值，这使得磁纳米结构中的畴壁和畴壁运动规律在过去的几十年中得到了广泛关注和研究。磁纳米材料中磁畴的动力学行为也成为人们科学探究的焦点。目前，用来驱动畴壁运动的方法主要有三种，磁场、极化电流和自旋波，本文主要研究的是自旋波驱动磁畴壁的自旋动力学研究。
　　本论文绪论部分主要介绍了磁性起源、磁性材料在信息存储领域中的应用和发展。
　　第二章主要介绍磁畴壁的相关理论知识，以及磁畴壁运动的研究，包括磁场、电流和自旋波驱动畴壁驱动畴壁运动的研究现状。
　　第三章简明地介绍了本论文数值模拟计算中主要采用的基本模拟方法:自旋动力学模拟方法。
　　第四章我们采用微磁模拟方法，研究自旋波驱动横向畴壁的运动规律，并深入探讨了自旋波驱动畴壁运动的物理机理。研究结果表明:自旋波驱动畴壁运动总是伴随着畴壁两边磁畴能量失衡，其中一边磁畴能量密度减小，另一边磁畴能量密度增加，畴壁运动归功于能量密度小的磁畴扩张及能量密度大的磁畴缩小。我们发现，在自旋波传播的区域能量密度会增加，这与自旋波能量输送有关;而在自旋波的入射波与反射波叠加区域，能量密度减小，这与能量耗散有关。当自旋波频率较小时，自旋波在畴壁处会有很大反射，透射较小，从而在自旋波入射的一边形成自旋波叠加使能量密度减小，在透射一边能量密度增大，结果使畴壁运动方向与自旋波传播方向一致;当自旋波频率较大时，自旋波在畴壁处透射很大反射较小，同时透射波在纳米带边界处处会反射并与透射波叠加，从而在自旋波入射的一边能量密度增大，在透射一边能量密度减小，结果使畴壁运动方向与自旋波传播方向相反。这种能量失衡机制能够很好地解释，自旋波驱动磁畴壁运动的所有规律。
　　第五章我们探究了不同类型的外场激发的自旋波驱动畴壁运动的状况，包括功率相同频率相同的不同外场、幅值相同频率相同的不同外场和和频率相同幅值不同的同一外场三种情况激发自旋波驱动畴壁的运动情况，并进行了比较。发现施加不同波形的自旋波对畴壁运动峰值和推动畴壁运动的外场阈值几乎没有影响，但是速度大小上呈现出些许差别。频率较低时方波激发的自旋波驱动畴壁运动的比较快，三角波次之，正弦最小，这是由于在低频时自旋波的形状对畴壁运动影响较大;在高频时，速度特性与低频相反，三角波激发的自旋波驱动畴壁运动最快，正弦次之，方波最小，这主要是因为高频外场激发的的自旋波的波形相同，但是幅值不同所造成。此外，我们还发现，当不断增加外场幅值时，畴壁的运动速度会增加，但当外场幅值达到一定程度时速度几乎保持不变，而这与畴壁的挤压有关，外场幅值越高，畴壁挤压程度越大，且随着幅值的增加，单位幅值内畴壁挤压量也越来越小，对应速度的增加量也越来越小，当幅值增加到一定值时畴壁宽度几乎就保持不变，而对应的速度也几乎保持不变。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 磁性与磁性材料的发展

参考文献

第二章 磁和磁畴壁理论

2．1 磁相互作用能简介

2．2．1 交换作用能

2．2．2 各向异性和各向异性能

2．2．3 磁致伸缩和磁弹性能

2．2．4 退磁场和退磁场能

2．2．5 静磁能

2．3 磁畴结构

2．3．1 磁畴形成的原因

2．3．2 磁畴分类

2．3．3 磁畴和磁畴壁的形成

2．4 磁畴壁的运动

2．4．1 磁场驱动磁畴壁的运动

2．4．2 电流驱动磁畴壁的运动

2．4．3 自旋波驱动磁畴壁的运动

参考文献

第三章 自旋动力学方法

3．1 模型与啥密顿量

3．2 自旋动力学方法

3．2．1 Landau-Lifshitz-Gilbert方程

3．2．2 有效场的计算

3．2．3 LLG方程显示形式

参考文献

第四章 自旋波驱动磁畴壁运动的能量失衡机制

4．1 引言

4．2 模型

4．2 结果与讨论

4．4 小结

参考文献

第五章 自旋波激发下的亚稳态磁畴壁动力学研究

5．1 引言

5．2 模型

5．3 结果与讨论

5．4 小结

参考文献

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致谢

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