磁纳米结构的磁动力学及反磁化机制研究

【摘要】摘要：磁信息记录和信息处理器件都是通过操控磁纳米点,磁多层膜结构的磁矩取向来实现信息的处理。磁纳米结构的反磁化时间决定信息的处理速度。未来高性能的磁信息器件要求磁纳米结构具有亚纳秒的超快反磁化,GHz信息处理频率,这一信息处理频率与磁纳米结构的本征自旋波频率相当。因此,充分认识磁纳米结构的磁动力性质变得十分重要。另外,磁纳米结构的反磁化机制与其磁动力学性质密切相关,弄清这两者间的内在联系,实现可控的反磁化过程成为发展未来高性能磁信息器件的关键问题。进动反磁化方式被认为是实现亚纳秒超快反磁化最有前途的方法。但进动反磁化要求精确控制脉冲持续时间,且进动磁反转后存在长时间磁振荡,不利于实际应用。如何使进动反磁化更利于实际应用成为另一关键问题。针对这些关键问题,本论文基于微磁学理论方法展开如下研究：首先,系统的研究了磁纳米点、纳米三层膜结构的本征磁动力学性质。发现,这些三维受限体系的自旋波表现出与连续磁体不同的特性,如局域化效应和量子化效应,都会出现边缘局域化模式、一致模式和不同形式的量子化自旋波模式。通过改变磁体结构参数可实现对自旋波的频率和空间分布状态的有效调控。在铁磁(FM1)／非磁(NM)／铁磁(FM2)三层膜结构中,每一种自旋波模式都会现光学支和声学支自旋波。通过改变两铁磁层间的静磁或交换耦合可以有效调制光学支自旋波的频率,而声学支自旋波基本不受影响。当两铁磁层的厚度或磁参数不同时,由于两铁磁层各自的本征自旋波频率不同,通过静磁和交换耦合使两磁层的自旋波出现锁频现象。基于微磁学理论和自旋波理论对磁纳米结构上述磁动力学性质以及调制机理给出了解释。其次,系统的研究了上述磁纳米结构的反磁化机制。发现,改变磁体的形状可有效调控磁体的反磁化过程。而这种形状调制与磁体本征磁动力学的变化有着密切的关系。反磁化过程总是伴随着某种自旋波模式的软化。软化自旋波模式的空间分布和对称性决定了反磁化过程中微磁结构的演变。对矩形磁体,其反磁化过程为边缘形核,及随后的磁壁移动来实现,这种反磁化过程是由于边缘局域自旋波模式的软化而诱导产生的。对矩形边缘进行适当的裁剪后,其反磁化过程转变为准一致磁反转过程,这种反磁化过程是由于自旋波一致模式的软化所触发。对反铁磁耦合三层膜结构,当两磁层厚度相同时,反磁化过程从两铁磁层边缘开始形核,伴随着边缘畴的形成,成长和移动过程。边缘局域化光学模式自旋波的软化触发两铁磁层同时反转。当两磁层厚度不同时,反磁化过程经历复杂的微磁结构变化,每种磁结构的变化伴随着某种自旋波模式的软化。最后,研究了纳米磁体的超快进动反磁化过程。提出了一种弱直流自旋极化电流辅助的场诱导进动反磁化机制。无自旋极化电流时,场诱导的进动反磁化需要精确控制脉冲场的持续时间,脉冲持续时间仅处于一个较窄的时间窗口内可实现有效磁反转。此外,进动反转后磁体在新的平衡态附近存在一长时间的磁振荡,增加了磁反转时间。当施加一弱直流极化电流后,可有效扩宽脉冲场持续时间窗口,同时也能有效抑制进动反转后的磁振荡。研究了垂直极化的脉冲电流诱导的进动反磁化过程。这种反磁化机制同样需要精确控制脉冲电流的持续时间,也存在一个磁反转的时间窗口,而脉冲电流的类型对这个时间窗口有很大的影响。对于方形波脉冲电流,其时间窗口较窄；而对于余弦波脉冲电流,具有更宽的时间窗口。其原因是方形波和余弦波脉冲所产生的自旋转移力矩对磁体作用效果不同。
【作者】张光富；
【导师】郭光华；
【作者基本信息】中南大学，凝聚态物理，2014，博士
【关键词】磁纳米结构；磁动力学；反磁化机制；自旋转移力矩；进动反磁化；

【参考文献】
[1]余达太,蓝荣钦,张世涛,关爱杰.空间数据挖掘的方法和实施[J].测绘学院学报,2003,02:132-134.
[2]靳远茜.商事仲裁第三人制度研究[D].太原科技大学,诉讼法学,2013,硕士.
[3]李化恒,黄淑伟,姜龙滨.高校图书馆员应掌握的基本技能——数据挖掘[J].辽宁教育学院学报,2003,03:91-92.
[4]孙海,姚军,孙致学,樊冬艳.页岩气数值模拟技术进展及展望[J].油气地质与采收率,2012,01:46-49+114.
[5]裴亚亚.全日制专业学位硕士研究生教育质量保障机制研究[D].南昌大学,高等教育学,2012,硕士.
[6]张瑶瑶.传播学视野中的仪式性电视晚会研究[D].云南师范大学,广播电视艺术学,2013,硕士.
[7]姜海兴.我国农产品价格波动及政策研究[D].辽宁大学,国民经济学,2012,硕士.
[8]冉晓敏.历史建筑再利用中的空间匹配设计策略——以武汉美术馆为例[J].建筑与文化,2014,04:130-131.
[9]曹艾.公司法人格否认制度研究[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[10]王飞.热熔胶材料在路面粘层油中的应用研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[11]邓为.基于IMS网络的RCS手机客户端的研究与实现[D].湖南大学,软件工程,2011,硕士.
[12]张明星.社会责任与企业成长相关性研究[D].重庆工商大学,会计学,2014,硕士.
[13]汪钦.基于光电混合集成的GPON ONU器件的研究[D].武汉邮电科学研究院,通信与信息系统,2012,硕士.
[14]周密.不同类型失眠症患者心理及其相关因素分析[D].大连医科大学,流行病与卫生统计学,2012,硕士.
[15]罗世昌.CTS2型道岔转辙机安装与维护[J].铁道通信信号.2007(04)
[16]吴萍.历史街区分层方法初探[D].东南大学,2005.
[17]叶明亮.第十二届世界健美操锦标赛混双项目中国队与前三名运动队成套动作的对比分析[D].山东师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[18]胡南.工程胶合木胶合成型技术研究[D].中南林业科技大学,木材科学与技术,2013,硕士.
[19]杜国庆,高晓黎,闾国年,张书亮.沿江港口码头管理系统中的空间知识挖掘[J].计算机工程与设计,2005,11:297-299.
[20]吕馨.海洋中重度风化溢油指纹鉴别技术的研究[D].大连海事大学,环境科学,2004,硕士.
[21]金宝杰.矿山备件仓储模式的探索[J].矿业研究与开发.1999(05)
[22]朱锋敬.电力系统腐蚀接地网的安全评估研究[D].西安科技大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[23]武永鑫.锂离子电池电极材料的研究[J].吉林工程技术师范学院学报,2015,05:84-86.
[24]余小六.普鲁兰生物合成及其高产策略研究[D].苏州大学,微生物学,2013,硕士.
[25]聂玉环.我国情感类电视谈话节目发展变化研究[D].河北大学,新闻与传播,2014,硕士.
[26]刘杰宇.列车轮对踏面故障监控系统研究[D].西南交通大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[27]夏琰.组织工程化纳米—羟基磷灰石/聚己内酯人工骨支架的制备及其相关性能的研究[D].第二军医大学,外科学,2013,硕士.
[28]孙泽华.北洋军政人物与马列主义[D].中共中央党校,马克思主义发展史,2013,硕士.
[29]李宣敏.摩擦摆系统在框架结构抗震加固中的应用[D].北京交通大学,2014.
[30]李玲.基于单壁碳纳米管的新型电化学DNA生物传感器的研究[D].温州大学,物理化学,2012,硕士.
[31]曾林西.基于性能预估的Hadoop参数自动调优系统[D].华中科技大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[32]刘福永.长春市防洪应急机制研究[D].吉林大学,工商管理,2013,硕士.
[33]程小春.阿拉伯抗土建国运动研究（1914-1920）[D].南京大学,世界史,2013,硕士.
[34]黄涛.荷载作用下混凝土碳化与氯盐侵蚀相互影响试验研究[D].浙江大学,结构工程,2013,硕士.
[35]裘江海,沈少鸿,江忠勤.围涂工程对环境影响的综合分析[J].水利规划与设计.2005(03)
[36]王艳.受贿罪与渎职罪罪数问题浅析[D].西南政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[37]韩海涛.宅基地使用权流转制度研究[D].河北经贸大学,法律,2013,硕士.
[38]杜丽洁.核磁共振扫描和超声诊断子宫腺肌症价值评价[D].山西医科大学,流行病学,2002,硕士.
[39]于树玲.β—环糊精聚轮烷的合成、药物负载及抗肿瘤研究[D].南京大学,2013.
[40]戴维.基于纹理统计方法的木材类型识别研究[D].湖南大学,计算机技术,2012,硕士.
[41]陶贵丽,邓自立.含未知参数的自校正融合Kalman滤波器及其收敛性[J].自动化学报,2012,01:109-119.
[42]李珍珠.外商直接投资对产业集群创新能力的影响[D].山东财经大学,国际贸易学,2012,硕士.
[43]张智强.交易系统高可用性研究[D].太原理工大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[44]张兆忠.基于FXLMS算法的前馈ANC系统设计研究[D].西安电子科技大学,控制理论与控制工程,2012,硕士.
[45]张春琳.富尔达集团公司全面预算管理实证研究[D].西安理工大学,工商管理,2004,硕士.
[46]申菲菲.温敏型两亲性聚合物改性PVDF超滤膜性能的研究[D].宁波大学,无机化学,2014,硕士.
[47]刘永志.温度场的有限元数值模拟及其在塑件和模具冷却分析中的应用[D].郑州大学,2003.
[48]江泽勇.microRNA-17家族靶向TGFβR2调节非小细胞肺癌耐药和转移的初步研究[D].广州医科大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[49]宋诗文.多元醇辅助热稳定剂及其钙锌复合体系的研究[D].中国海洋大学,环境科学,2003,硕士.
[50]杨帆,闪四清.利用关联规则帮助销售商选择商品的两种模型[J].计算机工程与应用,2004,19:217-221.