零偏置場自旋轉矩納米振蕩器動態(tài)特性的研究.pdf

1、自旋轉移矩效應提供了一種無需外加磁場、僅依靠電流來調控磁性薄膜磁化方向的新方法，可以應用在磁性隨機存儲器、高頻微波振蕩器-自旋轉矩納米振蕩器等微納器件。特別是，自旋轉矩納米振蕩器具有結構簡單、尺寸小、振蕩頻率高等優(yōu)點，因而在高密度微波信號處理、無線通信、微波輔助磁記錄、高速磁頭傳感器等領域具有廣闊的應用前景。但是，在其實際應用中，還有一些關鍵問題尚未解決。例如工作條件優(yōu)化，外加磁場的消除，振蕩器輸出功率的提高。為了提高其輸出功率，實驗上

2、制備了一種自由層磁矩垂直于面內，固定層磁矩沿著面內的自旋納米振蕩器，如果考慮到阻抗匹配，最大輸出功率在微瓦量級，基本滿足實際應用。但不幸的是需要一個外加磁場的作用。
　　本論文將基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程，理論上研究了由磁矩垂直于膜面的自由層和磁矩平行于膜面的固定層組成的自旋轉矩振蕩器的振蕩特性。重點研究了二階垂直各向異性、類場自旋轉移矩、面內形狀各向異性對其振蕩特性

3、的影響。研究的結果如下：
　　1.研究了由磁矩垂直于膜面的自由層和磁矩平行于膜面的固定層組成的自旋轉矩納米振蕩器的振蕩特性。根據能量平衡原理，即振蕩器由自旋轉移矩提供的能量和阻尼消耗的能量相等，推導出振蕩器振蕩的閾值電流、振蕩頻率的解析表達式。它們分別與自由層的界面各向異性場、飽和磁化強度、提供的外加磁場、極化率參數有關。并證實此振蕩器需提供一個垂直于膜面的磁場才能工作。隨后利用LLGS方程數值模擬，發(fā)現數值模擬和解析分析的結果吻

4、合。
　　2.考慮了自由層二階垂直各向異性對振蕩器的影響，發(fā)現當自由層材料具有一定大小的二階各向異性可以使振蕩器在無外加磁場情形下產生振蕩。此特性可以用能量平衡方程解釋，即二階垂直各向異性的存在可以導致系統中自旋轉移矩提供的能量與阻尼消耗的能量之間的平衡。并根據能量平衡原理推導出振蕩器在零場振蕩器的閾值電流、截止電流、以及頻率隨電流變化的表達式。隨后利用LLGS方程進行了數值驗證。發(fā)現數值模擬和解析分析的結果吻合。
　　3.

5、考慮了類場自旋轉移矩對振蕩器振蕩特性的影響。發(fā)現類場自旋轉移矩在系統能量平衡中起到重要的作用，可以導致沒有外加磁場時系統中自旋轉移矩提供的能量與阻尼消耗能量之間的平衡。接著根據LLGS方程研究了不同大小類場自旋轉移矩效應對零場振蕩特性的影響。
　　4.當磁隧道結的形狀為橢圓時，引入面內形狀各向異性，它可以使振蕩器在無外加磁場情形下產生振蕩。特別是，面內不同形狀的各向異性能對自旋轉矩振蕩器振蕩特性具有重要的影響。例如，當橢圓長軸和短