隧道结中自旋动力学的微磁学研究

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近年来,巨磁电阻效应、隧道磁电阻效应和自旋转移矩效应越来越受到人们关注。利用微纳加工技术可以应用这些效应制作磁性随机存储器、赛道存储器以及自旋纳米振荡器等磁性纳米器件。本文利用微磁学模拟的方法研究了在自旋转移矩驱动下隧道结的磁化动力学过程。(一)研究了垂直注入极化电流驱动360°畴壁运动的情况。在不同参数的情况下,计算了360°畴壁运动速度和电流密度的关系,并给出了自旋转移矩的不同项对360°畴壁移动的贡献,接着从唯象的角度给出了限制360°畴壁极限速度的因素,利用一维模型推导了360°畴壁在极化电流驱动下运动的动力学方程。最后对于存在多个360°畴壁单根纳米带中,通过局域注入极化电流方式实现了操作单个360°畴壁运动而不影响其他360°畴壁的目的;并模拟了存在钉扎的纳米带中,360°畴壁的极限密度。(二)在磁性纳米体系中由于自旋轨道耦合和对称性破坏引入Dzyaloshinski-i-Moriya相互作用。引入Dzyaloshinskii-Moriya相互作用后,纳米圆盘可能会出现一种新型的磁化结构分布2π-vortex。我们利用微磁学模拟了2π-vortex存在的条件,发现2π-vortex是由边界条件和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用共同影响的。接着在直径为140纳米的圆盘中,研究了极化电流驱动2π-vortex的运动。结果显示当纳米圆盘的直径和注入自旋极化电流的区域匹配时,2π-vortex可以稳定进动,并且2π-vortex的进动很快就能达到稳定状态,频率和电流密度呈线性正比关系,这为自旋纳米振荡器提供了一个新的思路。(三)隧道结的自由层引入面内单轴磁晶各向异性可以增大隧道结的热稳定性,利用微磁学模拟了在引入磁晶各向异性后,自由层的自然共振频率,并且模拟了不同磁晶各向异性下微波辅助自由层磁化翻转的过程。结果表明自然共振频率随着磁晶各向异性的增大而增大,而微波辅助对于电流密度的降低的效果出现先减小后增大的趋势,并且磁化翻转的机制发生改变。
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