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本文研究在自旋极化电流作用下铁磁金属薄膜中自旋波、磁孤子和畴壁的动力学。
在宏观的磁动力学描述中,将自旋极化电流对局域磁化强度的影响约化为自旋矩,可得到一种推广的Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程。方程的自旋波解表明,电流密度超过某临界值时,自旋波失稳。考虑单轴各向异性的铁磁金属薄膜,通过球极平面投影将磁化强度的单位球投影到复平面上,可把LLG方程转化为一个复函数的非线性方程。利用Hirota双线性方法求解此方程,得到在各向异性场大于和小于退磁场两种情况下的磁孤子解。这些结果表明,自旋极化电流会改变磁孤子的速度,其改变量的大小与电流密度成正比,磁孤子的振幅亦被自旋极化电流调制;在交流电情形,磁孤子的中心会以电流的频率周期性震荡;对多孤子解,磁孤子发生弹性碰撞并产生相移。
利用Slonczewski方法,包括绝热和非绝热自旋矩项的LLG方程被约化成具有阻尼的受迫振动方程,用来描述畴壁的平动和扭曲。两种自旋矩对于驱动畴壁的运动具有不同的作用:在直流情形,绝热自旋矩改变畴壁的内部结构,非绝热自旋矩产生对畴壁的压力;在交流情形,两种自旋矩均可引起畴壁的平动和扭曲。另外,考虑存在由退磁场产生的恢复势,交流电使畴壁运动与恢复势产生共振,其克服恢复力的临界电流密度比直流电小。