自旋电子学是一个很有潜力的多学科交叉的科研领域,其主要方向是在电子学体系中精确和有效地控制自旋这个自由度。而观测磁纳米线中的畴壁的运动对于基础性研究和极具潜力的自旋电子器件的开发都有重大的意义。磁性赛道存储器(Racetrack memory,RM)被寄希望于制备成下一代的自旋电子器件,其原理是用磁畴壁来作为存储信息的基本单元。一般而言,畴壁的钉扎和退钉扎过程可以通过直接施加磁场或者依靠施加自旋极化电流而产生的自旋转移矩效应来实现。在磁纳米线上人为制备出一些畴壁钉扎缺陷,如凹槽或突出物等,可以控制畴壁的位置和运动。据报道,畴壁的类型或手性与钉扎位置的具体形貌有关系,并且在各种各样的磁纳米线中,畴壁的不同结构对其退钉扎过程有非常重大的影响。此外,还有报道指出,即使在制备得非常完美的磁纳米线或者其他的纳米结构中,仍然会存在着一些畴壁运动的随机现象,而这个现象在畴壁的成核、传播、钉扎和退钉扎的过程中都有可能存在,这对精确控制畴壁的运动以及与畴壁有关的自旋电子器件都有重要的影响。尽管现在有许多工作都仔细研究了各种类型和尺寸的对称凹槽的作用,但是到目前为止关于非对称凹槽的工作很少有人跟进。我们都知道,样品的制备在任何实验中都非常重要。在本论文中,我们介绍了微加工技术的详细流程和实验中所用仪器的工作原理。在本工作中我们基于这些实验技术手段,主要探测和研究了各种类型的磁性纳米线中畴壁的运动行为。(1)我们制备了一系列中间具有一个非对称凹槽的铁镍纳米线,并且通过仅改变纳米线右臂的宽度d,来研究纳米线内畴壁钉扎和退钉扎的详细过程。聚焦磁光克尔效应(FMOKE)磁力计和磁力显微镜(MFM)技术明确地证实了畴壁可以被钉扎在纳米线的凹槽附近。FMOKE和微磁学模拟计算都发现,随着d的逐渐减小,会发生畴壁退钉扎的随机现象从无到有的演变。这些结果显示如果d在一个非常小的范围内(如d = 400 nm),涡旋畴壁在穿越凹槽的过程中可能会保持或改变原有的手性,从而导致了两种退钉扎磁场的产生。磁纳米线右臂的宽度可能是决定随机现象是否存在的关键参数。此外,我们还发现两种不同手性的涡旋畴壁的退钉扎场和d有不同的依赖关系,这主要来源于随着d的改变非对称凹槽对不同类型的畴壁提供不同的势能。(2)我们制备了具有六种不同类型凹槽的铁镍纳米线,并且用FMOKE和MFM对这些纳米线进行了探测。所有的凹槽在沿着纳米线的方向上(纵向上)都是非对称的,然而在垂直于纳米线的方向上(横向)只有一半的凹槽是非对称的。实验结果毫无疑问地证实了在具有横向上对称凹槽的纳米线中畴壁退钉扎的随机现象会更加明显。并且通过MFM的图像分析可知,在具有横向上对称凹槽的纳米线中畴壁的尺寸比具有同种类型但横向上非对称凹槽的纳米线中畴壁的尺寸要大。我们认为前者的自旋结构比后者复杂得多,从而使得畴壁在退钉扎时会对热扰动、边缘或表面的粗糙度以及其他一些外界因素的影响更加敏感,最终导致更为显著的畴壁退钉扎的随机性。(3)为了进一步研究纳米线中的非对称凹槽对畴壁的钉扎和退钉扎行为的影响,我们对具有三种不同类型凹槽的铁镍纳米线进行了纵向磁电阻效应的测量。我们通过分析纳米线的磁电阻曲线来研究畴壁在这些纳米线中的运动行为。我们仍然得出在具有横向上对称凹槽的纳米线中随机现象更加明显。此外,我们发现畴壁的退钉扎场的强弱也决定了畴壁对磁电阻效应贡献的大小。通过以上分析,我们给出了最合适的凹槽的类型,它可以有效抑制畴壁退钉扎过程中的随机现象,最适合应用于自旋电子器件当中。