铁磁纳米条带中180°横向磁畴壁的共振模式及其磁化动力学

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磁性材料因其磁阻或磁畴壁对外加磁场的响应特性而在磁性存储器件和逻辑器件等方面具有广泛的应用前景而备受关注。本文通过LLG微磁模拟软件研究了坡莫合金这一软磁材料纳米条带中180°横向磁畴壁在外加恒定磁场作用下的驱动特性、外加交变磁场作用下的共振特性以及同时施加交变共振磁场和恒定驱动磁场作用下的磁化动力学过程。沿纳米条带长度方向施加恒定驱动磁场时,180°横向磁畴壁将沿着恒定场的方向移动,即纳米条带中与恒定场方向一致的磁矩区域不断扩张。当恒定场场强增大到一定幅值时,横向磁畴壁较窄一端将产生反涡核,该反涡核会在回旋力作用下横向运动,致使畴壁的移动速度骤减,即发生沃克解体现象。因此如何抑制反涡核的产生及反涡核的横向运动,避免沃克解体现象的发生,提高横向磁畴壁的移动速度和稳定性成为研究热点。我们意外地发现在对宽度较窄的纳米条带施加沿+x方向的恒定磁场的情况中,横向畴的畴壁区域磁矩在my-mz平面内逆时针旋进。当畴壁区域的磁矩处于my-mz平面的Ⅰ、Ⅲ象限时,畴壁沿+x方向运动;而当其处于Ⅱ、Ⅳ象限时,畴壁则沿-x方向运动。我们选择外加交变磁场的方向分别沿纳米条带的长度、宽度和厚度方向,观察到了畴壁的扭转模式、多节点扭转模式、呼吸模式、平移模式以及新颖的手风琴模式。当外加交变磁场方向沿条带宽度方向时,横向畴上下两端的宽度呈现反相位振动,我们将其命名为手风琴模式。进一步研究发现,在沿纳米条带长度方向施加恒定驱动磁场的同时,叠加共振频率的交变磁场以激发磁畴壁的扭转模式、平移模式或者手风琴模式,可以显著抑制沃克解体现象的出现,从而大幅提高磁畴壁的输运距离。畴壁的共振运动抑制沃克解体的机制在于这些特定振动模式能阻碍横向畴在其宽度较窄一端生成反涡核,从而避免了反涡核的旋进运动导致的横向畴形态复杂变化。
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