【摘 要】
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斯格明子是拥有拓扑保护的准粒子,它可以由四种磁性相互作用之一导致:(i)Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI);(ii)磁性偶极相互作用;(iii)阻挫相互作用;(iv)四自旋相互作用。多种相互作用经常同时出现。斯格明子尺寸小、稳定性高及退订扎电流强度小的特点引起了广泛关注。这些特性来自斯格明子的特殊拓扑属性,它可以作为比特存储和处理计算机里面的信息,因此有望在未来自旋电子器
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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斯格明子是拥有拓扑保护的准粒子,它可以由四种磁性相互作用之一导致:(i)Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI);(ii)磁性偶极相互作用;(iii)阻挫相互作用;(iv)四自旋相互作用。多种相互作用经常同时出现。斯格明子尺寸小、稳定性高及退订扎电流强度小的特点引起了广泛关注。这些特性来自斯格明子的特殊拓扑属性,它可以作为比特存储和处理计算机里面的信息,因此有望在未来自旋电子器件中获得应用。比如,一个斯格明子可作为比特“1”,反之无斯格明子的区域可作为比特“0”。但是,斯格明子走上应用仍然存在很多问题,如斯格明子密度、移动速度、产生时间、操作温度以及制备材料的范围都需要改善。本论文的主要目的是通过数值模拟来研究产生斯格明子的新手段,并关注其室温可用性。为此,我们提出以下两个模型:1)我们提出使用铁磁/反铁磁双层膜结构产生斯格明子,其中,只有反铁磁层具有体DMI,而铁磁层是软磁材料。铁磁层的居里温度以及反铁磁层的奈尔温度均高于室温。微磁学模拟表明,在这个体系里DMI能和退磁能之间的竞争能自发地产生斯格明子,条件是反铁磁层和铁磁层之间的交换相互作用超过一定的临界值(Ai=6.5 mJ/m2),在临界界面交换以上,两种能量可以充分竞争。当增强外场时,斯格明子数量增加,直到外场过大导致斯格明子被磁化。两个斯格明子之间的距离可小至45纳米。2)针对具有中心对称材料Fe3Sn2(居里温度为640 K),本工作在赛道模型中引入宽度方向的厚度梯度,数值模拟计算表明,可以通过外场操控非拓扑磁泡转换成固定手性的斯格明子磁泡。通过分析磁矩分布与时间的关系,发现这种转变由外场驱动布洛赫线的定向移动至融合导致。具体而言,可以通过以下步骤控制斯格明子的手性:(i)在厚度方向施加外场并朝长度方向上倾斜8°以产生非拓扑磁泡;(ii)将外场朝相反方向倾斜并与平面法线成3°偏角驱动布洛赫线移动至融合。将以上的外场倾转方式反向,将得到具有相反手性的斯格明子磁泡。本工作的具体意义在于:(i)由于反铁磁材料没有宏观磁性,较少出现于斯格明子研究中,我们提出的铁磁/反铁磁模型有望使广大具有DMI的反铁磁材料在斯格明子器件中得到应用;(ii)考虑到DMI的产生受限于晶体结构的对称性,在无DMI材料中成功操控磁泡的手性可以极大拓展斯格明子器件的选材范围。这些结果将有助于未来斯格明子器件的实验开发。
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