磁疇壁結構動力學及其應用研究.pdf

1、自旋電子學將電子的自旋屬性和電荷屬性緊密地聯系了起來，這兩個自由度的結合為開發(fā)性能優(yōu)異的電子器件提供了更廣闊的空間。賽道存儲器，自旋納米振蕩器，STT-MRAM就是其中三種典型的自旋電子學器件，有著巨大的應用前景，然而在實現應用之前仍有一些問題需要解決。本論文主要通過微磁學模擬和實驗的手段，針對賽道存儲器和自旋納米振蕩器等自旋電子學器件遇到的一些問題進行研究。
　?。ㄒ唬┵惖来鎯ζ鲉栴}研究
　　Parkin起初設計的賽道存儲

2、器是基于面內磁化納米帶中的180度疇壁。相比之下，基于360度疇壁的賽道存儲器具有更高的存儲密度和較強的抗磁場干擾能力。在第三章中，我們首先設計了簡單的產生360度疇壁的電極結構并通過微磁學模擬發(fā)現，要成功產生360度疇壁，電流脈沖的下降過程需要緩慢降低以防止疇壁湮滅。然后利用平行納米帶中360度疇壁和180度疇壁的耦合，或者兩個360度疇壁的耦合提高了360度疇壁的穩(wěn)定性，從而使360度疇壁的極限速度提高了81.1％。
　　第四

3、章中，我們研究了磁振子（自旋波）與360度疇壁的相互作用，自旋波的傳播過程沒有電荷輸運，所以為解決焦耳熱的問題提供了一種新的思路。微磁學模擬研究發(fā)現，自旋波也可以驅動360度疇壁運動，而且根據材料參數和自旋波頻率的不同，疇壁可以沿著自旋波方向或者反方向運動。此外，通過被360度疇壁反射的自旋波研究了自旋波的多普勒效應。通過透射自旋波研究了自旋波的相位移動效應。
　　垂直各向異性材料納米帶中的疇壁寬度非常窄，而且臨界電流密度也比面內

4、磁化樣品中要低，所以非常有利于提高賽道存儲器的存儲密度并降低功耗。產生磁疇壁是研究其應用的一個非常關鍵的步驟，傳統(tǒng)上是利用一個與納米帶垂直的直線電極來產生疇壁。第五章中，我們提出了一個非常高效的在垂直各向異性納米帶中注入磁疇的Π型的電極結構。這種方法可以用5.35×1011 A/m2的電流脈沖在15 ns的脈沖時間內在Co/Ni多層膜中成功產生一個磁疇。實驗和計算結果都證明這種方法的能耗只有傳統(tǒng)方法的30%左右。最后，我們通過反?；魻栃?/p>

5、應測量了磁疇壁在十字叉結構處的釘扎和脫釘扎現象，并通過電流對脫釘扎場進行了調控。
　?。ǘ┳孕{米振蕩器問題研究
　　自旋納米振蕩器有很多非常優(yōu)異的性能，然而其輸出功率是一個瓶頸問題，現在有一種非常好的解決思路就是制作振蕩器陣列，然后通過多個振蕩器信號的疊加來提高輸出功率。第六章中，我們研究了點電流驅動隧道結結構中磁Skyrmion的振蕩，并依此原理設計了一種新型的基于磁Skyrmion的自旋納米振蕩器。該振蕩器可以在一個