Skyrmions在磁軌道中的磁特性研究.pdf

1、基于Skyrmions的超高密度信息存儲(chǔ)和自旋轉(zhuǎn)矩效應(yīng)振蕩器件因其尺寸小（小至幾納米）和驅(qū)動(dòng)電流密度小等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注,為此對(duì)Skyrmions在磁軌道中磁特性的研究則顯得尤為重要。本文利用微磁學(xué)模擬方法，對(duì)Skyrmions在磁性軌道中的基本磁特性做了研究，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合基于Skyrmions自旋轉(zhuǎn)移矩納米振蕩器的單自由層結(jié)構(gòu)，提出了雙自由層模型和可通過電壓調(diào)控磁各向異性進(jìn)一步改變Skyrmions進(jìn)動(dòng)速率和核直徑的器件模型，得

2、到了保證雙自由層中Skyrmions同步進(jìn)動(dòng)的層間耦合能量密度范圍，并給出了Skyrmions在上述兩種模型中的進(jìn)動(dòng)情況。
　　首先，通過改變Dzyaloshinskii–Moriya作用耦合系數(shù)D及各向異性常數(shù)K，觀察Skyrmions核直徑的變化，并通過極化電流垂直注入的方式誘導(dǎo)其成核；接著，在長(zhǎng)軌道前端施加面內(nèi)極化電流來驅(qū)動(dòng)單個(gè)Skyrmions及Skyrmions對(duì)在長(zhǎng)磁軌道中運(yùn)動(dòng)，直至軌道末端。仿真結(jié)果表明，孤立Skyr

3、mions核直徑隨著D的增加而增大，隨著K的增加而減小，當(dāng)D為5～6mJ/m2，極化電流密度J為2×1012A·m-2～5×1012A·m-2時(shí)Skyrmions的成核效果較好；Skyrmions的運(yùn)動(dòng)速率與極化電流密度成正相關(guān)關(guān)系，Skyrmions與長(zhǎng)磁軌道末端及Skyrmions間的最大作用距離分別為25nm和45nm左右；孤立Skyrmions及Skyrmions對(duì)均可在圓盤軌道中做圓周運(yùn)動(dòng)。
　　其次，本文推導(dǎo)出了雙自由

4、層模型的輸出功率表達(dá)式，表明該結(jié)構(gòu)可以將輸出功率提高1倍。接著通過在圓盤中央施加極化電流，分析了兩自由層中的Skyrmions在初始位置處于垂直對(duì)稱和非垂直對(duì)稱兩種情況下的進(jìn)動(dòng)情況。結(jié)果表明，垂直對(duì)稱情況下，兩層中Skyrmions可以做同步進(jìn)動(dòng)；非垂直對(duì)稱情況下，層間交換耦合作用能量密度大于0.01mJ/m2時(shí)，Skyrmions被破壞；該值等于或小于0.01mJ/m2時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的同步進(jìn)動(dòng)，且此時(shí)系統(tǒng)能量達(dá)到了最低，且其工作周期

5、為13.8ns，進(jìn)動(dòng)頻率為0.08GHz。
　　最后，在Skyrmions進(jìn)動(dòng)軌道區(qū)域施加電壓，并分析了施加恒定電壓信號(hào)和方波電壓信號(hào)兩種情況。結(jié)果表明，恒定電壓信號(hào)下，Skyrmions的進(jìn)動(dòng)速率和核直徑隨磁各向異性常數(shù)Kuv的增大而減小，反之隨之增大；方波電壓信號(hào)下，進(jìn)動(dòng)前期存在2.5ns的停滯期，該時(shí)段Skyrmions的核直徑增大，無明顯進(jìn)動(dòng)。進(jìn)入穩(wěn)定進(jìn)動(dòng)周期后，進(jìn)動(dòng)速率和核直徑會(huì)在調(diào)控電壓發(fā)生改變后2.5ns內(nèi)調(diào)整完畢。