纳米条带中应力调控下斯格明子的运动行为研究

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斯格明子是纳米尺度上的一种拓扑稳定的自旋结构,由于受到拓扑保护,其结构稳定性很高,同时能够被较低的电流所驱动,因此可以作为磁性存储器件的信息载体,在未来实现高速度、高密度、低能耗、无机械运动的信息存储。本文主要利用微磁学模拟的方法研究了在纳米条带中应力调控铁磁斯格明子和反铁磁斯格明子运动的行为特性,其中考虑了两种应力模式:一种是应力呈线性变化,另一种是应力呈周期性变化。首先研究了沿x方向变化的线性应力调控斯格明子的运动,通过改变初始应力ε0和应力的梯度dε的值来改变应力的分布,在电流的驱动下我们发现:中心极性为p=-1的斯格明子存在纵向移动,并且其运动方向与梯度的方向相反,即当应力梯度为正时,斯格明子朝纳米条带的下边界方向运动,相反,当应力梯度为负时,斯格明子朝纳米条带的上边界方向运动;其次,斯格明子在靠近纳米条带的上下边界时速度表现出不同的变化,当斯格明子逐渐靠近上边界时,其x方向的速度vx逐渐增大,y方向的速度vy逐渐减小,而靠近下边界时,vx逐渐减小,vy逐渐增大。为了解释斯格明子的运动行为,我们利用Thiele方程分析并求解出其速度表达式,结合对斯格明子的受力分析,发现vx主要于其纵向位移y有关,而vy不仅与Fx有关,还与Fy有关。在两种电流方式(平面电流和SHE)的驱动下,斯格明子在线性应力的调控下的运动行为基本类似。其次研究了沿x方向变化的周期性应力调控斯格明子的运动,通过改变应力的周期λ、振幅εs的值来改变应力的分布,在电流的驱动下我们发现:只有当电流密度j大于临界电流密度jc时斯格明子才能够在纳米条带中完整的运动,当应力周期λ相同时,临界电流密度jc与应力振幅εs成正比,而当应力振幅εs相同时,临界电流密度jc与应力周期λ成反比;其次,斯格明子在周期性变化的应力调控下其运动轨迹发生了变化,其轨迹变为周期性变化的曲线,同时其直径和速度的变化也呈现出周期变化。利用线性应力调控斯格明子运动的分析结果,我们定性分析了周期性应力调控斯格明子的运动行为,同时也验证了其分析结果的准确性。在两种电流方式的驱动下,斯格明子在周期性应力调控下的运动行为基本类似。最后对反铁磁斯格明子也做了相应的研究,发现反铁磁斯格明子在应力的调控下其运动方向并没有发生变化,然而在周期性应力的调控下其直径和速度呈现出周期性的变化,并且速度的变化幅度很大,说明反铁磁斯格明子对应力的响应很大。
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