基于Landau-Lifshtiz-Gilbert方程的磁性系统非平衡态临界动力学

论文摘要

最近,人们提出了各种新一代磁性器件的设计方案。这些磁性器件具有更好稳定性,更高密度,更低能耗。如何高效控制磁性材料中磁畴和畴壁的生成和运动以及对其机制的理解是实现这些应用的主要挑战之一。之前人们通常用弹性弦模型基于Monte Carlo模拟的Ising模型研究磁畴和畴壁的动力学性质。这些模型是高度简化的,都没有抓住磁性材料特有的性质。Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程是描述磁性系统动力学过程的基本方程,它可以正确描述磁性系统中特有的性质,比如磁畴的翻转过程,畴壁运动,自旋波传播,斯格明子运动等。由于LLG方程的复杂性和系统在相变点出现的临界慢化现象,利用LLG方程对磁性材料中的相变进行大规模的数值模拟是非常困难的。在本文中,我们首先介绍了在零温和有限温度下的LLG方程数值模拟方法,然后重点研究了在居里温度附近由温度引起的有序-无序相变和外磁场引起的磁畴翻转过程,以及掺杂磁性薄膜在零温下由电流和外磁场驱动的畴壁运动的钉扎-退钉扎相变和畴壁在相变点附近由温度引起的热蠕动行为。如何减少矫顽力以及更有效地翻转磁畴对用磁畴翻转记录信息的磁储存器件有着重大意义。研究表明在居里温度附近,磁畴翻转的矫顽力可以大大减小,只需要很小的驱动力就能翻转磁畴。我们用引入温度后的随机LLG方程研究了无外磁场情况下磁性薄膜的有序-无序相变,基于非平衡态动力学方法,克服了临界慢化,精确测量了居里温度和临界指数,这些结果和实验测量结果一致。同时,我们研究了在居里温度附近由外磁场和初始脉冲引起磁翻转的过程,测量了描述系统对外磁场和初始脉冲响应的两个独立临界指数。在磁性材料中,由于缺陷引起的畴壁钉扎现象是理论和实验上的研究热点,其对磁性器件的应用也有很大的指导意义。我们在介绍无缺陷情况下的畴壁运动规律后,利用LLG方程系统地研究了在有缺陷情况下由电流和外磁场驱动的畴壁运动的钉扎-退钉扎相变。在零温下,我们基于非稳态动力学方法测量了钉扎-退钉扎相变的相变点和临界指数,并且预测了在电流和外场平面的相图。更重要的是,我们根据外磁场和电流驱动下相变的临界指数,发现在相变点附近电流对畴壁运动的反常效应。此外,我们着重研究了在钉扎-退订扎相变点上由温度引起的畴壁热蠕动现象,测量出了在数值上和实验的结果一致的热蠕动指数。本文的创新点在于利用LLG方程对磁性系统中的有序-无序相变和钉扎-退钉扎相变进行大规模数值模拟,基于非平衡态/稳态的动力学方法,克服临界慢化,精确测量相变的临界指数,测量得到的结果不仅和实验一致,还预测了实验暂未发现的现象。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 金蒙豪

导师: 郑波

关键词: 方程,畴壁动力学,磁翻转,有序无序相变,钉扎退钉扎相变,非平衡态临界动力学

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 数学,物理学

单位: 浙江大学

分类号: O482.5;O175

总页数: 82

文件大小: 6209K

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