納米接觸點位置對磁渦旋核反轉(zhuǎn)的影響范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了納米接觸點位置對磁渦旋核反轉(zhuǎn)的影響參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:利用微磁模擬的方法研究了納米接觸點的位置和大小對坡莫納米盤中磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)的影響．著重研究了納米接觸點的位置和大小對磁渦旋核反轉(zhuǎn)的臨界電流密度和反轉(zhuǎn)時間的影響．微磁模擬結(jié)果表明，納米接觸點的大小對磁渦旋核反轉(zhuǎn)的臨界電流密度產(chǎn)生很大影響，而納米接觸點的位置對磁渦旋核的反轉(zhuǎn)時間影響很大．

關(guān)鍵詞:磁渦旋;極化電流;極性反轉(zhuǎn);微磁模擬

引言

納米盤中的磁渦旋在磁性隨機存儲器中有廣泛的應(yīng)用，因此對納米盤中磁渦旋的動力學(xué)研究越來越受到廣泛的關(guān)注．極化電流激發(fā)磁渦旋動力學(xué)的行為因為其易施加和節(jié)能的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用．極化電流激發(fā)磁渦旋動力學(xué)有3種方式，分別為納米點接觸、納米柱接觸以及磁性隧道結(jié)［1-7］．納米柱接觸多用于研究磁渦旋的旋轉(zhuǎn)回歸運動［1-2，8］，而納米點接觸激發(fā)磁渦旋的動力學(xué)研究主要集中在納米接觸點被設(shè)置在納米盤中心的模型上，在這樣的結(jié)構(gòu)中由于納米接觸點產(chǎn)生的奧斯特場使得系統(tǒng)總的有效勢能是圓周對稱的，所以磁渦旋很難被激發(fā)，一般采取的方法是首先在納米盤上施加一平面內(nèi)磁場使渦旋核偏離盤的中心，再施加極化電流研究磁渦旋的動力學(xué)行為［9］．事實上，已經(jīng)有實驗研究證明納米接觸點可以被設(shè)置在納米盤的任何位置［10-11］，而理論研究也證明了納米接觸點如果被設(shè)置在偏離納米盤的中心，就會打破納米盤總的有效勢能的圓周對稱性，進(jìn)而使磁渦旋能夠在更低的電流密度下以更快的時間完成反轉(zhuǎn)［12］．研究證明納米接觸點的尺寸和位置對磁渦旋的動力學(xué)行為會產(chǎn)生一定的影響，但是并沒有關(guān)于納米接觸點的位置和尺寸大小對磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)影響的報道．所以，本文研究了兩個納米點接觸下磁渦旋核極性的反轉(zhuǎn)行為，其中一個納米接觸點被設(shè)置在納米盤的中心，另一個相同尺寸的接觸點被放置在納米盤的不同位置．本文得到的結(jié)論對磁渦旋核在存儲器方面的應(yīng)用具有重要的參考價值．

1模型和方法

如圖1，采用了一個直徑為400nm，厚度為10nm的坡莫納米盤作為模型進(jìn)行微磁學(xué)模擬．該尺寸下磁渦旋的初始構(gòu)型為(p，c)=(1，1)．微磁學(xué)模擬采用OOMMF軟件進(jìn)行［13］．極化電流通過納米點接觸通入納米盤，納米點接觸的直徑變化范圍為60～100nm．一個納米接觸點位于盤的中心，另一個接觸點位于x軸上，兩個點接觸的中心與中心的距離d分別為100、125和150nm．設(shè)置電流的通向均為z軸正向．模擬中磁晶各項異性能被忽略，模擬磁單元大小為2．5nm×2．5nm×10nm．其他參數(shù)如下:飽和磁化強度Ms=8．6×105A/m，交換積分常數(shù)A=1．3×10－11J/m，電流極化度P=0．4，阻尼系數(shù)α=0．05．

2結(jié)果和討論

首先研究了磁渦旋核反轉(zhuǎn)的臨界電流密度jc和反轉(zhuǎn)時間與納米接觸點的位置和大小的關(guān)系．圖2(A)顯示了兩個納米接觸點的距離d在100～150nm之間時不同尺寸納米接觸點下磁渦旋核反轉(zhuǎn)的臨界電流密度．當(dāng)納米接觸點的半徑Rc=50nm時jc的值為6×1011A/m2，當(dāng)接觸點的半徑減小到Rc=30nm時，jc的值增加到15×1011A/m2，由此可見納米接觸點尺寸的大小對磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)的臨界電流密度產(chǎn)生很大影響．同時我們也注意到，當(dāng)Rc不變時，納米接觸點間的距離d對jc的影響較小，即不同位置時jc值的變化很小．圖2(B)是各臨界電流密度下磁渦旋核反轉(zhuǎn)的時間，可以看出當(dāng)d=100nm時，反轉(zhuǎn)時間的差異是最小的．隨著d的增加反轉(zhuǎn)時間的差異越來越大．當(dāng)然當(dāng)納米接觸點的半徑最大時其反轉(zhuǎn)時間是最小的．這是因為當(dāng)電流大時，產(chǎn)生的自旋轉(zhuǎn)移扭矩以及奧斯特場都是大的，這兩個因素的共同作用使得磁渦旋核完成反轉(zhuǎn)．微磁模擬計算的過程顯示，在這樣的極化電流激發(fā)下，磁渦旋核是通過磁渦旋的形核和湮滅機制完成反轉(zhuǎn)的．這個機制的反轉(zhuǎn)要求是磁渦旋核的運動速度達(dá)到320～370m/s［14-16］．圖3顯示了Rc=40nm時兩個不同納米接觸點位置下磁渦旋核的運動速度隨模擬時間的變化關(guān)系．從圖3可以觀察到當(dāng)磁渦旋核的運動速度達(dá)到350m/s時，磁渦旋核的極性就會發(fā)生反轉(zhuǎn)，核反轉(zhuǎn)后其速度迅速減小回到納米盤的平衡位置．對比圖3(A)和(B)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)d=150nm時，磁渦旋核需要更長的時間才能達(dá)到其反轉(zhuǎn)的臨界速度值，所以在該距離下，磁渦旋核的反轉(zhuǎn)時間也是最長的，這一點從圖2(B)中也可以找到答案．研究表明磁渦旋核在盤上的運動方向只與核的極性有關(guān)，核的運動方向與核的極性滿足右手螺旋定則，即當(dāng)磁渦旋核的極性向上時，它在盤上是逆時針旋轉(zhuǎn)運動．反之則是順時針運動．圖4總結(jié)了兩種距離下磁渦旋核反轉(zhuǎn)前后的運動軌跡．空心圓代表磁渦旋核反轉(zhuǎn)前的軌跡，實心圓代表反轉(zhuǎn)后的軌跡．圖4很清晰的表示出了磁渦旋核反轉(zhuǎn)前后的運動方向和磁渦旋核的運動半徑．還有一個值得關(guān)注的細(xì)節(jié)就是，磁渦旋核反轉(zhuǎn)后并沒有回到納米盤的中心，這是因為當(dāng)極化電流通過兩個納米接觸點通入納米盤時，系統(tǒng)總的有效勢能不再是圓周對稱的，有效勢能的最低點即平衡位置也偏離了盤的中心．接下來，用圖5表示出了磁渦旋核的反轉(zhuǎn)過程，因為對于磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)動力學(xué)而言，其反轉(zhuǎn)過程是非常重要的．圖5(A)為磁渦旋的初始狀態(tài)，即是磁渦旋核沒通電流時的狀態(tài)，黑色箭頭代表平面內(nèi)磁矩的方向．紅色區(qū)域表示磁渦旋核，紅色表示此時磁渦旋核的極性方向沿z軸正方向．圖5(B)是通電流7．2ns后磁渦旋核的旋轉(zhuǎn)回歸運動，從電流開始通入納米盤到圖5(B)的這個階段磁渦旋核的運動速度越來越大，形成一個磁渦旋與反磁渦旋對兒．直到圖5(C)當(dāng)磁渦旋核運動到9．5ns時，其運動速度達(dá)到了350m/s，就在這個時刻發(fā)生了磁渦旋核與反磁渦旋核的湮滅，同時釋放出大量的自旋波．在完成磁渦旋與反磁渦旋對兒湮滅的同時，磁渦旋核的極性也就完成了反轉(zhuǎn)，可以從圖5(D)觀察到此時的磁渦旋核已經(jīng)是藍(lán)色的，磁渦旋核的極性方向沿z軸負(fù)方向了，磁渦旋核完成了極性反轉(zhuǎn)．但是，此時磁渦旋核還沒有回到納米盤的平衡位置，它的速度會迅速降低以和原來相反的旋轉(zhuǎn)方向回到納米盤的平衡位置．圖5(E)就是最終反轉(zhuǎn)后的磁渦旋核所在的位置．

3結(jié)論

運用微磁模擬的方法研究了兩個納米接觸點激發(fā)的磁渦旋核極性反轉(zhuǎn)的行為．微磁模擬過程顯示磁渦旋在兩個極化電流激發(fā)下是通過磁渦旋的形核和湮滅機制完成反轉(zhuǎn)的，磁渦旋核反轉(zhuǎn)的臨界速度為350m/s．模擬結(jié)果顯示納米接觸點的大小對磁渦旋核反轉(zhuǎn)的臨界電流密度影響很大，而納米接觸點的位置則對磁渦旋核的反轉(zhuǎn)時間產(chǎn)生較大影響．

作者：李化南 何雨昕 胡月 單位：吉林師范大學(xué)