纳米磁结构中的磁化分布与涡旋运动的微磁学模拟

【摘要】当今磁存储单元的尺寸已经到了100nm尺寸范围。它们的磁翻转特性和剩磁状态依赖于磁构造能量。在面内,静磁作用能和交换作用能的相互竞争产生封闭磁畴结构。由卷曲的磁矩组成的涡旋态是软磁材料的一个基本平衡态,它广泛的存在于方形或者圆形的纳米材料中,并产生了丰富的物理现象。在磁性纳米材料中,磁矩在面内发生卷曲。在涡旋中心位置几个纳米范围内,由于交换作用而产生垂直于面内的磁矩。涡旋的手性和涡旋核的极化方向是涡旋状态的两个重要参数。涡旋状态因为有很好的热稳定性,手性特征和极化方向都可以作为信息储存的载体,所以在未来磁存储中有着广泛的应用前景。它们的理论解释和实验验证不但具有基础物理的研究价值,更能对实际应用领域产生指导意义。我们通过微磁学模拟研究了Landau和Diamond纳米结构中磁化矢量的角度分布。在Landau结构中,我们发现磁化劈裂是对称的,而在Diamond结构中,对称的劈裂和非对称的劈裂同时存在。劈裂既可以沿着长轴方向,又可以沿着短轴方向。这说明劈裂在Landau和Diamond结构中是一个普遍现象。在Landau结构中劈裂角度Δθ随着交换作用A增大而增大,但是随着各向异性常数K增大而略微减小。这说明在Landau结构中,交换作用对劈裂起主要贡献。但是在Diamond结构中,劈裂角度Δθ随着交换作用A增大而减小,但是随着各向异性常数K增大而增大。这说明在Diamond结构中,各向异性对劈裂有主要贡献。无论是Landau还是Diamond结构,劈裂和样品的尺寸密切相关。在长轴为易轴的情况,易轴方向的劈裂正比于易轴长度；难轴方向的劈裂正比于难轴长度。我们的研究扩展了我们对磁畴微结构的认识,并对磁化矢量角度分布劈裂的产生提出了一种可能的解释。利用微磁学模拟的时间演化器,我们研究了圆盘结构、Landau结构和Diamond结构的激发频率和本征频率关于外加半场HyL(磁场加在左半边)、外加全场H(磁场覆盖整个样品)、各向异性以及交换作用的依赖性。在单涡旋的圆盘结构和Landau结构中,激发频率随着外加磁场的增大而增大,本征频率基本保持不变。在双涡旋Diamond结构中,左右两个涡旋的振动频率相同,但是随着外加半场的增大,激发频率fex先减小后增大,本征频率feg基本不变。当HyL等于临界场μ0HyCL=2.5mT时,激发频率fex有最小值109MHz。我们发现该现象是由涡旋核旋转的硬度系数和涡旋核之间耦合强度的竞争决定的。
【作者】谢凯旋；
【导师】桑海；
【作者基本信息】南京大学，凝聚态物理，2013，博士
【关键词】微磁学模拟；纳米结构；Landau结构；Diamond结构；涡旋；振荡频率；各向异性；交换作用；坡莫合金；角度分布；劈裂；

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