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垂向共振磁场下三维磁性纳米圆盘的自旋波模式及其动力学

2020-12-02阅读(560)

垂向共振磁场下三维磁性纳米圆盘的自旋波模式及其动力学

论文摘要

铁磁薄膜的自旋激发频谱一直是当代磁学的重要课题之一。软磁性纳米结构的基态通常由交换能和偶极能间的相互竞争以及形状大小决定。为了减少偶极能,纳米尺寸的圆盘形成了磁矩沿着薄膜面内涡旋状闭合排列,靠近盘中心的磁矩急剧倾斜至垂直于盘面方向的平衡态,我们称之为磁涡旋态。本文研究了当圆盘的厚度不可忽略时,样品必须当作三维材料处理,其激发频谱和自旋动力学与二维的纳米圆盘存在显著差异。我们通过LLG微磁模拟软件研究了不同厚度下坡莫合金纳米圆盘中的磁涡旋态。当坡莫合金纳米圆盘厚度与半径相比不可忽略时,磁矩不再沿着厚度方向均匀分布,形成了中间大两头小的橄榄球状涡核。给这种三维纳米圆盘施加一个垂向激发磁场后,不仅可以激发出常见的径向自旋波模式,还存在着径向自旋波模式与厚度方向驻波模式的混合模式,其频率要远大于低阶径向自旋波模式的本征频率。当圆盘厚度足够大时,可以观察到厚度方向的高阶驻波模式与高阶径向自旋波模式的混合模式,却难以观察到纯粹的径向自旋波模式。可以将这种混合模式分为涡核外围厚度方向的驻波模式(35 GHz以下)和厚度方向上均匀的驻波模式(35 GHz以上)两种。为了研究混合模式下涡旋态的动力学,我们首先给圆盘施加了一个与混合模式频率相匹配的全域垂向交变外磁场,发现即使外磁场振幅增加到很大时,圆盘极性仍无法翻转。而给圆盘施加一个相位匹配的垂向交变共振外磁场时,圆盘中激发共振自旋波的效率要远远高于空间均匀分布的外磁场,磁矩振动幅度大大增加,涡核极性不仅更容易发生翻转,且翻转所需的时间随着外磁场振幅的增大而减少。此外,我们给纳米圆盘施加与主峰频率相匹配且振幅相等的外磁场,发现当圆盘厚度足够大时,在极性翻转过程中有足够的能量形成两个布洛赫点。两个布洛赫点沿着厚度方向相向运动,在圆盘中间相遇碰撞消失,大大降低了涡核极性翻转所需的时间。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 磁性存储器
  •   1.2 磁性纳米材料中常见的自旋拓扑结构
  •     1.2.1 磁涡旋态
  •     1.2.2 磁畴壁
  •     1.2.3 斯格明子
  •     1.2.4 磁泡
  •     1.2.5 麦纫
  •     1.2.6 径向涡旋态
  • 第二章 微磁学
  •   2.1 磁学基础知识
  •   2.2 理论背景
  • 第三章 磁性薄纳米圆盘的本征模式及其动力学
  •   3.1 尺寸对磁涡旋态稳定性的影响
  •   3.2 薄纳米圆盘涡旋态的本征模式
  •     3.2.1 回旋模式
  •     3.2.2 角向自旋波模式
  •     3.2.3 径向自旋波模式
  •   3.3 布洛赫点协调涡核极性翻转
  • 第四章 磁性厚纳米圆盘的本征模式及其动力学
  •   4.1 厚纳米圆盘在平面内激发磁场下的本征模式
  •     4.1.1 厚纳米圆盘的磁自旋结构
  •     4.1.2 厚纳米圆盘的回旋模式
  •     4.1.3 厚纳米圆盘的角向自旋波模式
  •   4.2 厚纳米圆盘在垂直平面的激发磁场下的本征模式
  •     4.2.1 模型及初始态分析
  •     4.2.2 垂向激发磁场磁涡旋态的自旋波模式
  •     4.2.3 混合模式下涡核极性的翻转
  •     4.2.4 主峰频率下涡核极性的翻转
  • 第五章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 主要科研成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 许金明

    导师: 王瑞方

    关键词: 磁涡旋态,微磁模拟,激发模式

    来源: 厦门大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 厦门大学

    分类号: O482.5

    总页数: 74

    文件大小: 7662K

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