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界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下辐射状磁涡旋形成机制

董丹娜 蔡理 李成 刘保军 李闯 刘嘉豪

界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下辐射状磁涡旋形成机制

董丹娜, 蔡理, 李成, 刘保军, 李闯, 刘嘉豪
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  • 辐射状磁涡旋结构是一种稳定的拓扑磁结构,因其具有热稳定性高、驱动电流小等特点,成为当前继斯格明子之后又一新兴的研究热点.本文利用微磁学模拟方法研究了在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(IDMI)下辐射状磁涡旋形成机制.结果表明:纳米盘直径越小,能稳定形成辐射状磁涡旋的IDMI强度范围就越大,当圆盘厚度增加一个数量级时,虽然可以稳定形成辐射状磁涡旋,但IDMI强度取值范围会随之变小.通过对不同磁矩初始态下辐射状磁涡旋的形成过程中磁矩、斯格明子数及各项能量变化的研究发现,环形涡旋和单畴均可作为辐射状磁涡旋形成的初始状态,但单畴初始态的形成时间比环形涡旋初始态的形成时间更长,其能量衰减时间比以环形涡旋为初始态的衰减时间更短.这表明形成辐射状磁涡旋极性比形成辐射旋性需要更长时间,且能量变化主要与涡旋核的生成及面内辐射状磁矩有关,而与涡旋核在盘中的位置无关.研究结果揭示了辐射状磁涡旋的形成机制,为基于辐射状磁涡旋的具体应用提供了理论依据.
    [1]

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    Hrabec A, Porter N A, Wells A, Benitez M J, Burnell G, McVitie S, McGrouther D, Moore T A, Marrows C H 2014 Phys. Rev. B 90 020402

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    Eason K, Feng K J, Wei Kho Z, Hin Sim C, Tran M, Cheng H J, Sabino M, Kun He S 2014 J. Appl. Phys. 115 17C902

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    Siracusano G, Tomasello R, Giordano A, Puliafito V, Azzerboni B, Ozatay O, Carpentieri M, Finocchio G 2016 Phys. Rev. Lett. 117 087204

    [11]

    Hellman F, Hoffmann A, Tserkovnyak Y, Beach G, Fullerton E E, Leighton C, MacDonald A H, Ralph D C, Arena D A, Drr H A, Fischer P, Grollier J, Heremans J P, Jungwirth T, Kimelet A V, Koopmans B, Krivorotov I N, May S J, Petford-Long A K, Rondinelli J M, Samarth N, Schuller I K, Slavin A N, Stiles M D, Tchernyshyov O, Thiaville A, Zink B L 2017 Rev. Mod. Phys. 89 025006

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    Agramunt-Puig S, Del-Valle N, Navau C, Sanchez A 2014 Appl. Phys. Lett. 104 012407

    [14]

    Jenkins A S, Grimaldi E, Bortolotti P, Lebrun R, Kubota H, Yakushiji K, Fukushima A, de Loubens G, Klein O, Yuasa S, Cros V 2014 Appl. Phys. Lett. 105 172403

    [15]

    Cambel V, Karapetrov G 2011 Phys. Rev. B 84 014424

    [16]

    Karakas V, Gokce A, Habiboglu A T, Arpaci S, Ozbozduman K, Cinar I, Yanik C, Tomasello R, Tacchi S, Siracusano G, Carpentieri M, Finocchio G, Hauet T, Ozatay O 2018 Sci. Rep. UK 8 7180

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    Wolf S A, Awschalom D D, Buhrman R A, Daughton J M, Molnár S V, Roukes M L, Chtchelkanova A Y, Treger D M 2001 Science 294 1488

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    Vaňatka, Urbánek M, Jíra R, Flajšman L, Dhankhar Me, Im M Y, Michalička J, Uhlí V, Šikola T 2017 AIP Adv. 7 105103

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    Vansteenkiste A, Leliaert J, Dvornik M, Helsen M, Garcia-Sanchez F, van Waeyenberge B 2014 AIP Adv. 4 107133

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    Nagaosa N, Tokura Y 2013 Nat. Nanotechnol. 8 899

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    Cubukcu M, Sampaio J, Bouzehouane K, Apalkov D, Khvalkovskiy A V, Cros V, Reyren N 2016 Phys. Rev. B 93 020401

  • [1]

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    Cubukcu M, Sampaio J, Bouzehouane K, Apalkov D, Khvalkovskiy A V, Cros V, Reyren N 2016 Phys. Rev. B 93 020401

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-20
  • 修回日期:  2018-09-03
  • 刊出日期:  2019-11-20

界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下辐射状磁涡旋形成机制

    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11405270)和陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2017JM6072)资助的课题.

摘要: 辐射状磁涡旋结构是一种稳定的拓扑磁结构,因其具有热稳定性高、驱动电流小等特点,成为当前继斯格明子之后又一新兴的研究热点.本文利用微磁学模拟方法研究了在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(IDMI)下辐射状磁涡旋形成机制.结果表明:纳米盘直径越小,能稳定形成辐射状磁涡旋的IDMI强度范围就越大,当圆盘厚度增加一个数量级时,虽然可以稳定形成辐射状磁涡旋,但IDMI强度取值范围会随之变小.通过对不同磁矩初始态下辐射状磁涡旋的形成过程中磁矩、斯格明子数及各项能量变化的研究发现,环形涡旋和单畴均可作为辐射状磁涡旋形成的初始状态,但单畴初始态的形成时间比环形涡旋初始态的形成时间更长,其能量衰减时间比以环形涡旋为初始态的衰减时间更短.这表明形成辐射状磁涡旋极性比形成辐射旋性需要更长时间,且能量变化主要与涡旋核的生成及面内辐射状磁矩有关,而与涡旋核在盘中的位置无关.研究结果揭示了辐射状磁涡旋的形成机制,为基于辐射状磁涡旋的具体应用提供了理论依据.

English Abstract

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