磁納米結(jié)構(gòu)的磁動力學(xué)及反磁化機制研究.pdf

1、磁信息記錄和信息處理器件都是通過操控磁納米點，磁多層膜結(jié)構(gòu)的磁矩取向來實現(xiàn)信息的處理。磁納米結(jié)構(gòu)的反磁化時間決定信息的處理速度。未來高性能的磁信息器件要求磁納米結(jié)構(gòu)具有亞納秒的超快反磁化，GHz信息處理頻率，這一信息處理頻率與磁納米結(jié)構(gòu)的本征自旋波頻率相當(dāng)。因此，充分認識磁納米結(jié)構(gòu)的磁動力性質(zhì)變得十分重要。另外，磁納米結(jié)構(gòu)的反磁化機制與其磁動力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，弄清這兩者間的內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)可控的反磁化過程成為發(fā)展未來高性能磁信息器件的關(guān)鍵

2、問題。進動反磁化方式被認為是實現(xiàn)亞納秒超快反磁化最有前途的方法。但進動反磁化要求精確控制脈沖持續(xù)時間，且進動磁反轉(zhuǎn)后存在長時間磁振蕩，不利于實際應(yīng)用。如何使進動反磁化更利于實際應(yīng)用成為另一關(guān)鍵問題。針對這些關(guān)鍵問題，本論文基于微磁學(xué)理論方法展開如下研究:
　　首先，系統(tǒng)的研究了磁納米點、納米三層膜結(jié)構(gòu)的本征磁動力學(xué)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)，這些三維受限體系的自旋波表現(xiàn)出與連續(xù)磁體不同的特性，如局域化效應(yīng)和量子化效應(yīng)，都會出現(xiàn)邊緣局域化模式、一致

3、模式和不同形式的量子化自旋波模式。通過改變磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)可實現(xiàn)對自旋波的頻率和空間分布狀態(tài)的有效調(diào)控。在鐵磁(FM1)/非磁(NM)/鐵磁(FM2)三層膜結(jié)構(gòu)中，每一種自旋波模式都會現(xiàn)光學(xué)支和聲學(xué)支自旋波。通過改變兩鐵磁層間的靜磁或交換耦合可以有效調(diào)制光學(xué)支自旋波的頻率，而聲學(xué)支自旋波基本不受影響。當(dāng)兩鐵磁層的厚度或磁參數(shù)不同時，由于兩鐵磁層各自的本征自旋波頻率不同，通過靜磁和交換耦合使兩磁層的自旋波出現(xiàn)鎖頻現(xiàn)象?；谖⒋艑W(xué)理論和自旋波理

4、論對磁納米結(jié)構(gòu)上述磁動力學(xué)性質(zhì)以及調(diào)制機理給出了解釋。
　　其次，系統(tǒng)的研究了上述磁納米結(jié)構(gòu)的反磁化機制。發(fā)現(xiàn)，改變磁體的形狀可有效調(diào)控磁體的反磁化過程。而這種形狀調(diào)制與磁體本征磁動力學(xué)的變化有著密切的關(guān)系。反磁化過程總是伴隨著某種自旋波模式的軟化。軟化自旋波模式的空間分布和對稱性決定了反磁化過程中微磁結(jié)構(gòu)的演變。對矩形磁體，其反磁化過程為邊緣形核，及隨后的磁壁移動來實現(xiàn)，這種反磁化過程是由于邊緣局域自旋波模式的軟化而誘導(dǎo)產(chǎn)生的。

5、對矩形邊緣進行適當(dāng)?shù)牟眉艉螅浞创呕^程轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)一致磁反轉(zhuǎn)過程，這種反磁化過程是由于自旋波一致模式的軟化所觸發(fā)。對反鐵磁耦合三層膜結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩磁層厚度相同時，反磁化過程從兩鐵磁層邊緣開始形核，伴隨著邊緣疇的形成，成長和移動過程。邊緣局域化光學(xué)模式自旋波的軟化觸發(fā)兩鐵磁層同時反轉(zhuǎn)。當(dāng)兩磁層厚度不同時，反磁化過程經(jīng)歷復(fù)雜的微磁結(jié)構(gòu)變化，每種磁結(jié)構(gòu)的變化伴隨著某種自旋波模式的軟化。
　　最后，研究了納米磁體的超快進動反磁化過程。提出了一種

6、弱直流自旋極化電流輔助的場誘導(dǎo)進動反磁化機制。無自旋極化電流時，場誘導(dǎo)的進動反磁化需要精確控制脈沖場的持續(xù)時間，脈沖持續(xù)時間僅處于一個較窄的時間窗口內(nèi)可實現(xiàn)有效磁反轉(zhuǎn)。此外，進動反轉(zhuǎn)后磁體在新的平衡態(tài)附近存在一長時間的磁振蕩，增加了磁反轉(zhuǎn)時間。當(dāng)施加一弱直流極化電流后，可有效擴寬脈沖場持續(xù)時間窗口，同時也能有效抑制進動反轉(zhuǎn)后的磁振蕩。研究了垂直極化的脈沖電流誘導(dǎo)的進動反磁化過程。這種反磁化機制同樣需要精確控制脈沖電流的持續(xù)時間，也存在一