铁磁材料拓扑磁结构的力学调控

摘要

铁磁材料具有优良的多场耦合特性，因此被广泛地应用于传感器、存储器等功能器件。铁磁材料中磁结构的拓扑特性对材料的物理性能具有显著的影响。本文采用实空间下的相场模拟方法，研究了力学载荷对铁磁材料中磁化涡旋和磁性斯格明子两种拓扑磁结构的影响。由于实空间下的相场模型克服了文献中已有模型对周期性边界条件的依赖，可以适用于复杂外形和复杂边界的材料模型，因此能够有效地模拟低维铁磁材料中磁化涡旋和磁性斯格明子等复杂拓扑磁结构在不同外场下的演化。
　　首先，本文通过相场模型模拟了外力作用下具有缺陷的铁磁材料中磁化涡旋的演化及其对铁磁材料断裂性能的影响。模拟结果表明，外力作用会使模型中裂纹两边原有的双磁化涡旋结构转化为6个涡旋结构，从而显著地降低了裂纹尖端应力强度因子。其次，我们通过在相场模型中引入DM交互作用和自旋转移矩效应，研究了单轴应变对手性磁体磁序的调控。研究结果表明，铁磁薄膜中的外加应交不仅可以改变手性磁体磁结构的尺寸和形态，更会引起新型的斯格明子拓扑相变。与此同时，通过相场模拟，我们发现手性磁体的拓扑相变过程会显著影响材料的弹性系数。最后，采用铁电/铁磁复合材料相场模型，研究了铁电和铁磁复合薄膜的界面变形对斯格明子的影响。结果表明，铁电和铁磁复合薄膜中铁电斯格明子引起的界面变形，可以成功地在铁磁层中诱导出了自发斯格明子格点，从而得到了电控磁性斯格明子的新途径。本文的研究结果表明，基于铁磁材料的磁弹耦合效应，我们可以采用力学手段对不同形式的拓扑磁结构进行有效的调控，为设计基于拓扑磁结构的新型自旋电子器件提供了一定的理论基础。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 铁磁材料中的拓扑磁结构

1．2 拓扑磁结构的研究背景

1．3 课题研究内容和意义

第2章 铁磁材料相场模型

2．1 铁磁材料徼结构的理论研究方法

2．2 考虑DM交互作用的铁磁材料相场模型

第3章 铁磁材料中磁化涡旋的应力调控

3．1 磁化涡旋力学调控的研究背景

3．2 具有缺陷铁磁材料中磁化涡旋在外力作用下的响应

3．3 磁化涡旋演化对铁磁材料断裂性能的影响

3．4 本章小结

第4章 铁磁材料中磁性斯格明子的应变调控

4．1 磁性斯格明子应变调控的理论研究

4．2 应交诱导的磁性斯格明子拓扑相交

4．3 拓扑相变对力学特性的影响

4．4 本章小结

第5章 铁磁／铁电复合薄膜中斯格明子的界面变形调控

5．1 界面变形调控下的自发磁性斯格明子

5．2 铁电斯格明子诱导的磁性斯格明子

5．3 本章小结

第6章 结论和展望

附录

参考文献

作者简历