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界面dzyaloshinskii-moriya相互作用下辐射状磁涡旋形成机制

物理学报 2018年第22期67卷 414-421页

作者：董丹娜蔡理李成刘保军李闯刘嘉豪空军工程大学基础部西安710051 空军工程大学航空机务士官学校信阳464000

辐射状磁涡旋结构是一种稳定的拓扑磁结构,因其具有热稳定性高、驱动电流小等特点,成为当前继斯格明子之后又一新兴的研究热点.本文利用微磁学模拟方法研究了在界面dzyaloshinskii-moriya相互作用(IDMI)下辐射状磁涡旋形成机制.结果表明... 详细信息

辐射状磁涡旋结构是一种稳定的拓扑磁结构,因其具有热稳定性高、驱动电流小等特点,成为当前继斯格明子之后又一新兴的研究热点.本文利用微磁学模拟方法研究了在界面dzyaloshinskii-moriya相互作用(IDMI)下辐射状磁涡旋形成机制.结果表明:纳米盘直径越小,能稳定形成辐射状磁涡旋的IDMI强度范围就越大,当圆盘厚度增加一个数量级时,虽然可以稳定形成辐射状磁涡旋,但IDMI强度取值范围会随之变小.通过对不同磁矩初始态下辐射状磁涡旋的形成过程中磁矩、斯格明子数及各项能量变化的研究发现,环形涡旋和单畴均可作为辐射状磁涡旋形成的初始状态,但单畴初始态的形成时间比环形涡旋初始态的形成时间更长,其能量衰减时间比以环形涡旋为初始态的衰减时间更短.这表明形成辐射状磁涡旋极性比形成辐射旋性需要更长时间,且能量变化主要与涡旋核的生成及面内辐射状磁矩有关,而与涡旋核在盘中的位置无关.研究结果揭示了辐射状磁涡旋的形成机制,为基于辐射状磁涡旋的具体应用提供了理论依据.

关键词：辐射状磁涡旋拓扑磁结构微磁学模拟界面dzyaloshinskii-moriya相互作用

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界面调制dzyaloshinskii-moriya相互作用的布里渊光散射研究

界面调制Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的布里渊光散射研究

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作者：高扬兰州大学

学位级别：硕士

磁斯格明子作为一种特殊的拓扑磁结构,由于其可以被自旋极化电流操控,并具备在超低电流密度下实现传输等独特优势,有望成为下一代自旋电子学器件的载体。产生斯格明子的根本物理作用是dzyaloshinskii-moriya相互作用(DMI)。与海森堡交... 详细信息

磁斯格明子作为一种特殊的拓扑磁结构,由于其可以被自旋极化电流操控,并具备在超低电流密度下实现传输等独特优势,有望成为下一代自旋电子学器件的载体。产生斯格明子的根本物理作用是dzyaloshinskii-moriya相互作用(DMI)。与海森堡交换作用不同,DMI让相邻自旋趋于具有手性选择的倾斜排布,从而可以形成斯格明子等拓扑磁结构。因此,寻找一种有效的研究方法实现DMI的调制就成为了亟待解决的问题。我们利用了界面DMI对界面波矢选择的静磁表面自旋波(MSSW)本征频率的影响,通过布里渊光散射(BLS)对磁性薄膜中的静磁表面波色散关系进行表征,实现了DMI的定量测试。结果表明,对于Pt/Co薄膜,衬底和非5d重金属缓冲层均可实现对界面DMI的调制。得到的主要创新性成果如下:1.在不具有5d重金属界面的FeNi薄膜中,利用BLS研究了不同衬底对FeNi薄膜的MSSW本征频率的影响,Stokes/anti-Stokes(S/AS)峰强比与外磁场、自旋波波矢以及衬底的介电常数的依赖关系。发现S/AS峰强比随着面内磁场的减小和波矢量的增加而增加,同时,峰强比与衬底的介电常数成正相关的关系。并未在相反波矢下发现明显的本征频率偏移,即在该体系中不存在界面DMI。2.在Pt/Co薄膜中,Pt层5d电子和Co层中的3d电子之间的自旋轨道耦合会引入DMI。在该体系中我们通过使用不同的非重金属衬底(Sub)改变了Co/Sub界面,利用BLS研究了该体系中的MSSW本征频率随波矢的色散关系,发现衬底的改变可以使该体系的界面DMI发生变化。通过分析斯托克斯和反斯托克斯峰的色散关系可以得知,DMI的变化仍然来源于Pt/Co界面自旋轨道耦合,而非衬底界面。3.在Pt/Co/Si薄膜的Co/Si界面之间引入不同厚度t的非重金属Cu缓冲层,发现DMI的强度D随着Cu厚度从2 nm增加至8 nm,D从306.9μJ/m增加至620.7μJ/m。进一步分析表明,DMI的变化仍然来源于Cu缓冲层对Pt/Co界面自旋轨道耦合的调制,而非Co/Cu界面。本文提供了一种利用非重金属界面调控DMI的方法,研究结果可能对界面DMI调控斯格明子有一定的借鉴价值。

关键词：界面dzyaloshinskii-moriya相互作用表面自旋波布里渊光散射

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