Skyrmions在磁軌道中的磁特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、基于Skyrmions的超高密度信息存儲和自旋轉(zhuǎn)矩效應振蕩器件因其尺寸?。ㄐ≈翈准{米)和驅(qū)動電流密度小等優(yōu)點受到了廣泛關注,為此對Skyrmions在磁軌道中磁特性的研究則顯得尤為重要。本文利用微磁學模擬方法,對Skyrmions在磁性軌道中的基本磁特性做了研究,并在此基礎上結(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)控磁各向異性進一步改變Skyrmions進動速率和核直徑的器件模型,得

2、到了保證雙自由層中Skyrmions同步進動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動情況。
  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其成核;接著,在長軌道前端施加面內(nèi)極化電流來驅(qū)動單個Skyrmions及Skyrmions對在長磁軌道中運動,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D為5~6mJ/m2,極化電流密度J為2×1012A·m-2~5×1012A·m-2時Skyrmions的成核效果較好;Skyrmions的運動速率與極化電流密度成正相關關系,Skyrmions與長磁軌道末端及Skyrmions間的最大作用距離分別為25nm和45nm左右;孤立Skyrmions及Skyrmions對均可在圓盤軌道中做圓周運動。
  其次,本文推導出了雙自由

4、層模型的輸出功率表達式,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稱和非垂直對稱兩種情況下的進動情況。結(jié)果表明,垂直對稱情況下,兩層中Skyrmions可以做同步進動;非垂直對稱情況下,層間交換耦合作用能量密度大于0.01mJ/m2時,Skyrmions被破壞;該值等于或小于0.01mJ/m2時,可以實現(xiàn)穩(wěn)定的同步進動,且此時系統(tǒng)能量達到了最低,且其工作周期

5、為13.8ns,進動頻率為0.08GHz。
  最后,在Skyrmions進動軌道區(qū)域施加電壓,并分析了施加恒定電壓信號和方波電壓信號兩種情況。結(jié)果表明,恒定電壓信號下,Skyrmions的進動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;方波電壓信號下,進動前期存在2.5ns的停滯期,該時段Skyrmions的核直徑增大,無明顯進動。進入穩(wěn)定進動周期后,進動速率和核直徑會在調(diào)控電壓發(fā)生改變后2.5ns內(nèi)調(diào)整完畢。

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