纳米磁结构功能器件的微磁学研究

摘要

本文主要通过微磁学模拟研究纳米磁结构的磁化动力学。采用开源软件OOMMF求解LLG方程，得到每个单元在不同时间、不同方向的磁化强度。最后通过自编软件对数据进行分析，得到直观的共振频率，共振区域以及自旋波能带结构图。本文还通过平面波法研究了反点阵结构对禁带中心频率以及宽度的影响，实现了数字计算与解析计算的结合。
　　首先系统的研究了两套格子构成的反点阵中，点阵直径比变化、外加磁场大小对整个体系的共振频率和共振区域的影响。研究发现，由于薄膜中反点阵的存在导致其静止磁矩分布不均匀，当两套格子的直径比为5:5到5:3时，存在两个共振峰。高频的共振峰发生在12GHz附近，共振区域为两个次近邻的孔洞之间。低频的共振峰发生在4GHz附近，共振区域为两个最近邻的孔洞之间。随着直径比的进一步减小，当直径比为5:2到5:0时，可以观察到一个新的共振峰。
　　其次，还设计了一种新颖的磁振子晶体（Magnonic Crystal）波导，这种波导由带状磁性材料中嵌入周期性的矩形空隙组成。微磁学计算结果表明，矩形空隙与波导边缘的距离，将会影响能带结构。可以通过调节矩形空隙距波导边缘的距离，使自旋波在宽度方向发生布拉格反射，从而设计出具有单一禁带的波导。进一步研究发现，可以通过调节矩形空隙的周期和长度，来调节波导的中心频率和禁带宽度。
　　最后，通过平面波法研究了，向矩形和蜂窝形点阵中引入第二相点阵时对磁振子晶体禁带的影响。研究发现第二相点阵的引入能有效的改变磁振子晶体的禁带宽度，进一步研究发现，向矩形点阵中引入第二套点阵最大能提高167％的禁带宽度，向蜂窝形中引入第二相点阵最大能提高285%的禁带宽度，因此通过降低磁振子晶体对称性能有效的调节磁振子晶体禁带的宽度。

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第一章 绪 论

1.1研究目的与意义

1.2 磁振子晶体

1.3 微磁学方法在磁振子晶体中的应用

1.4 本文的主要内容

第二章 微磁学与磁化动力学理论

2.1磁性理论的发展

2.2磁性材料

2.3 微磁学中的基本能量

2.4 磁矩的动态方程

2.5 一致进动

2.6 非一致进动——自旋波

2.7 OOMMF简介

第三章 双套格子反点阵的磁谱

3.1 磁谱计算步骤

3.2 无限大薄膜的磁谱

3.3 双套格子反点阵中直径比对磁谱的影响

3.4 双套格子反点阵中外加磁场强度对磁谱的影响

3.5 本章小结

第四章 磁振子晶体波导的设计

4.1 自旋波色散关系的计算方法

4.2 单一禁带自旋波波导的设计

4.3 禁带宽度和中心频率的调控

4.4 本章小结

第五章 平面波法计算磁振子晶体能带结构

5.1 计算模型和方法

5.2 矩形混杂点阵能带结构的研究

5.3 蜂窝形混杂点阵能带结构的研究

5.4 本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果