磁畴壁拓扑结构研究进展

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点,严重阻碍了其在实际器件中的应用,因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键.本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来,利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作.首次在范德瓦耳斯Fe_5–xGeTe₂二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链,研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为,揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制.在该机制指导下,设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜,不仅获得了磁畴壁麦纫,验证了生成机制的普适性,还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变,开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展...     

温度、缺陷对磁畴壁动力学行为的影响

基于Landau-Lifshitz-Gilbert自旋动力学方法,研究了磁纳米条中缺陷、温度对其电流驱动磁畴壁移动性质的影响.研究结果表明:缺陷能有效钉扎电流对磁畴壁的驱动作用,并且其钉扎能力依赖于其缺陷浓度、位置及形态.而温度能有效地去钉扎.特别地,缺陷处的焦耳热能有效地消除其缺陷对磁畴壁的钉扎作用.进一步的研究表明:其影响磁畴壁移动的缘由在于缺陷、温度能有效调节磁纳米条中磁畴壁的面外磁化强度.     

消磁场对纳米铁磁线磁畴壁动力学行为的影响

为了实现基于磁畴壁运动的自旋电子学装置, 掌握磁畴壁动力学行为是重要争论之一.研究了在外磁场驱动下L-型纳米铁磁线磁畴壁的动力学行为. 通过微磁学模拟,在各种外磁场的驱动下考察了纳米铁磁线磁畴壁的动力学特性; 在较强外磁场的驱动下, 在不同厚度纳米线上考察了纳米线表面消磁场对磁畴壁动力学行为的影响. 为了进一步证实消磁场对磁畴壁动力学的影响, 在垂直于纳米线表面的外磁场辅助下分析了磁畴壁的动力学行为变化. 结果表明, 随着纳米线厚度和外驱动磁场强度的增加, 增强了纳米线表面的消磁场的形成, 使得磁畴壁内部自旋结构发生周期性变化, 导致磁畴壁在纳米线上传播时出现Walker崩溃现象. 在垂直于纳米线表面的外磁场辅助下, 发现辅助磁场可以调节消磁场的强度和方向. 这意味着利用辅助磁场可以有效地控制纳米铁磁线磁畴壁的动力学行为.     

电学方法调控磁化翻转和磁畴壁运动的研究进展

电学方法调控磁性材料及器件的磁性是当前自旋电子学研究的热点之一.本综述简要介绍利用电学方法调控磁化翻转和磁畴壁运动的研究进展.首先简述了自旋极化电流的产生、自旋流与局域磁矩之间的作用原理以及对应的Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski磁动力学方程;然后分别讨论了单层磁性材料、铁磁层/重金属、铁磁层/非磁金属/铁磁层等不同结构中的电流诱导磁化翻转或驱动畴壁运动;最后介绍了利用压电效应、磁电耦合效应和栅极电场效应三种电压方式对磁矩的调控.在此基础上,对电学方法调控磁化翻转和磁畴壁运动进行了总结和展望.     

磁性金属纳米结构的畴壁特性与磁逻辑电路构筑

自旋电子学由于其丰富的物理内涵和广泛的应用前景受到学术界和工业界的高度重视,成为近年来凝聚态物理和信息技术领域关注的焦点。本文介绍了利用磁性金属纳米结构实现作为自旋电子器件基础的自旋注入的方法,特别涉及利用铁磁金属纳米点接触结构钉扎磁畴的特点,研究自旋极化电流与磁畴壁的相互作用规律, 理解纳米结构中畴壁的动力学行为,并以此为基础构筑结构简单、性能优异的全金属磁逻辑电路,从而实现了由电信号驱动,通过电信号检测,并与CMOS技术兼容的目的。     

二维材料的前沿进展在固体物理教学中的渗透

固体物理是一门紧贴科学前沿发展的课程.本文探讨了将二维材料研究前沿融入固体物理教学,使得教学内容富有时代气息,并有利于激发学生的学习热情和科研兴趣.     

二维伊辛模型的畴壁动力学

表面可以改变纳米磁性薄膜的结构和相变温度,畴壁动力学由此成为研究的重点.本文采用动力学蒙特卡罗模拟方法,对二维Ising模型磁畴界面的非平衡动力学展开数值研究.系统初态设为半正半负,即由完全有序但自旋取向完全相反的两部分组成,其间的磁畴壁随时间生长.通过对磁化标度形式的分析,发现畴壁内外的动力学标度形式虽然相同,但临界...     

铁磁/反铁磁双层膜系统中的磁畴动力学行为

比较了铁磁单层膜与铁磁/反铁磁双层膜结构中的磁畴演化行为, 发现由于反铁磁层膜对铁磁层膜的耦合作用使得系统的磁畴壁厚度、 磁畴壁等效质量、磁畴壁移动速度等发生了改变, 系统的矫顽场增强, 并出现了交换偏置场. 文章具体研究了反铁磁层耦合作用下其磁畴壁厚度、 等效质量以及磁畴壁移动速度等与反铁磁层的净磁化、 磁各向异性、界面耦合强度以及温度等的关系; 并研究了其对铁磁/反铁磁双层膜中的交换偏置场、矫顽场的影响. 进而 从磁畴结构的形成及其演化上揭示了铁磁/反铁磁双 层膜中出现交换偏置以及矫顽场增加的物理机制.     

电流驱动下磁畴壁快速运动的研究

在2011年第7期出版的Physics Today杂志上刊登了一篇关于自旋极化电流驱动磁畴壁运动的文章,介绍了该领域的最新进展.现对该文主要内容摘译如下:磁体具有净磁矩,但这并不意味着所有的非配对自旋指向同一方向.通常情况下,多个具有不同磁矩方向的磁畴同     

科学研究融入固体物理教学的探索与实践

前沿科学技术融入教学是实现专业知识从学习、应用到创新的重要途径.本文将热电材料科学研究融入到固体物理教学中,利用热电材料研究前沿促进固体物理中晶体结构、晶体的结合、晶格振动与晶体的热学性质、自由电子论和能带理论等基础知识的教学和思考,加强学生对固体物理基础知识的理解、激发学习兴趣,拓展知识层次,培养学生将基础知识用于解决实际问题的科学思维和能力,提高了教学质量.     

二维伊辛模型的畴壁动力学

表面可以改变纳米磁性薄膜的结构和相变温度，畴壁动力学由此成为研究的重点。本文采用动力学蒙特卡罗模拟方法，对二维Ising模型磁畴界面的非平衡动力学展开数值研究。系统初态设为半正半负，即由完全有序但自旋取向完全相反的两部分组成，其间的磁畴壁随时间生长。通过对磁化标度形式的分析，发现畴壁内外的动力学标度形式虽然相同，但临界指数在数值上却存在很大差异，相差一个 =1，这是由初始条件导致的。     

磁粉的性能及其应用

 磁粉一般是指颗粒尺寸在1μm以下的单畴铁磁或亚铁磁性粉末.铁磁材料为了能处于最低的能量状态,在退磁状态下会分裂成许多磁畴.随着其尺寸的减小,不仅磁畴的数目减少,而且畴壁的厚度也小于大块材料的.由于畴壁厚度减小,其内部相邻电子自旋之间的夹角增大,使畴壁能量密度比大块材料的畴壁能量密度变大.因此,铁磁小颗粒为了减少总能量,就需要减少畴壁的数目.当磁粉尺寸小于某一临界尺寸以下,其内部所有原子的自旋方向都相互平行而成为单畴.单畴的临界尺寸主要决定于它的退磁能、各向异性能和交换能等的相互平衡.对一定的材料而言,它主要决定于颗粒的形状。一般铁磁单畴的临界尺寸在10-100nm范围.     

铁磁/非磁金属异质结中的拓扑霍尔效应

在铁磁/非磁金属异质结中,界面处的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用会诱导诸如磁性斯格明子等手性磁畴壁结构的形成.当巡游电子通过手性磁畴壁结构时,会获得一个贝里相位,而相应的贝里曲率则等效于一个外磁场,它将诱导额外的霍尔效应,即拓扑霍尔效应.拓扑霍尔效应是当前磁性斯格明子和自旋电子学研究领域的热点之一.本文由实空间贝里相位出发,简要介绍了拓扑霍尔效应的物理机制;然后着重讨论了铁磁/非磁金属异质结中的拓扑霍尔效应,包括磁性多层膜中和MnGa/重金属双层膜中的拓扑霍尔效应.这两种结构都可以通过改变材料的厚度、种类、生长方式等调控界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用,从而有效地调控磁性斯格明子和拓扑霍尔效应.     

电子科学与技术专业《 固体物理》 课程考核改革的研究

课程考核是教学活动中的重要环节之一, 对保证教学质量、 推动学生素质教育具有重要的意义. 本文针 对电子科学与技术专业《 固体物理》课程考核中存在的问题, 结合《 固体物理》课程教学目标和专业人才培养需求, 对《 固体物理》课程的教学课程考核模式、 内容和方法改革展开探索和研究, 并提出了具体的建议     

Co纳米线磁矩反转动态过程的有限元微磁学模拟

采用有限元微磁学模拟方法研究了Co纳米线在不同外加恒磁场下磁矩的翻转过程.研究结果表明在直径为10 nm的Co纳米线内,经过一定的形核时间将在其一端形成一个反向磁畴.磁畴壁的类型为横向畴壁,该畴壁将在一外加恒定磁场的驱动下匀速地从一端运动到另一端.畴壁的运动速度与外加磁场大小呈线性关系.在H为1000 kA/m时,发现在纳米线的两端均会形成一个“头对头”的反向磁畴.计算结果表明,畴壁内磁矩的方向旋转一个周期所导致的畴壁运动的距离相同,与外加磁场强度无关. 关键词： 磁性纳米线 微磁学模拟 磁畴 横向畴壁     

石榴石磁泡膜中3类硬磁畴的形成方法

研究石榴石磁泡膜中硬磁畴畴壁中垂直布洛赫线的稳定性可为研制布洛赫线存储器提供有益的帮助 .3类硬磁畴的形成是研究硬磁畴稳定性的前提 .本文综述了在石榴石磁泡膜上形成硬磁畴的 2类方法———“脉冲偏场法”和“低直流偏场法” .结合文献中的典型样品 ,对用“脉冲偏场法”和“低直流偏场法”形成 3类硬磁畴的过程进行了简单介绍 .     

金属离子掺杂对CuO基纳米复合材料的交换偏置调控

为了研究反铁磁基体中掺杂的金属离子对交换偏置效应的影响, 本文采用非均相沉淀法制备了纳米复合材料. X射线衍射图(XRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM) 照片清晰表明CuO纳米复合样品具有统一的颗粒尺寸, 约为80 nm. 通过体系中掺杂磁性金属离子Ni和Fe, 实现了亚铁磁MFe₂O₄ (M=Cu, Ni)晶粒镶嵌在反铁磁(AFM) CuO 基体中. 在CuO基体中加入少量的Ni能改变两相交界面的磁无序从而生成类自旋玻璃相, 相应提高对铁磁相磁矩的钉扎作用. 同时, 场冷过程中反铁磁相内形成磁畴, 冻结在原始状态或磁场方向上, 畴壁也起到钉扎铁磁自旋的作用, 进而提高交换偏置效应. 随后加入的Ni 会生成各向异性能较大的NiO, 也能够提高交换偏置场. 在带场冷却下, 所有样品均发生垂直交换偏置, 也证明了样品在场冷过程中形成了自旋玻璃相, 正是由于亚铁磁与自旋玻璃相界面上的磁交换耦合, 才导致回线在整个测量范围内发生了向上偏移. 零场冷却和场冷却(ZFC/FC)情况下磁化强度与温度变化曲线(M-T)说明在这些复合材料中的交换偏置效应是由于存在亚铁磁颗粒和类自旋玻璃相界面处的交换耦合作用. 研究发现随着持续掺杂Ni离子, 交换偏置场先缓慢增加后又急剧增加, 生成各向异性能高的反铁磁相NiO 和反铁磁相内的畴态组织是这一结果的原因.     

磁性斯格明子的应用前景

近年来,磁性斯格明子在自旋电子学这门新兴学科中成为了一个重要的研究热点,备受人们关注。它是一种受拓扑保护的稳定自旋结构,具有尺寸小、退钉扎电流密度低和易操控等特点。与传统的磁畴壁、磁泡或者磁涡旋相比,磁斯格明子更有望作为数据信息的载体应用于未来的自旋电子学设备中,不仅可以大幅度地缩减器件的尺寸、降低能耗,同时也能确保信息的非易失性。文章重点介绍了磁性斯格明子在信息技术领域中的主要应用前景,比如信息存储、逻辑运算和神经形态计算等。     

基于金刚石NV色心的纳米尺度磁场测量和成像技术

纳米级分辨率的磁场测量和成像是磁学中的一种重要研究手段.金刚石中的单个氮-空位点缺陷电子自旋作为一种量子传感器,具有灵敏度高、原子级别尺寸、可工作在室温等诸多优势,灵敏度可以达到单核自旋级别,空间分辨率达到亚纳米.将这种磁测量技术与扫描成像技术结合,能够实现高灵敏度和高分辨率的磁场成像,定量地重构出杂散场.这种新型的磁成像技术可以给出磁学中多种重要的研究对象如磁畴壁、反铁磁序、磁性斯格明子的结构信息.随着技术的发展,基于氮-空位点缺陷的磁成像技术有望成为磁性材料研究的重要手段.     

Sm(CobalFe0.1Cu0.1Zr0.033)6.9高温永磁合金的矫顽力

对Sm(Co_balFe_0.1Cu_0.1Zr_0.033)_6.9合金, 经810℃等温时效后以0.5℃/min逐渐冷却, 在600℃-400℃温度区间淬火, 研究了不同淬火温度下的磁滞回线、磁畴和矫顽力温度系数β. 发现时效600℃淬火后磁滞回线出现台阶状, 说明畴壁中应存在两处钉扎. 随淬火温度的降低, 合金的室温矫顽力显著增加, 磁滞回线的台阶消失. 通过磁畴形貌发现时效600℃淬火后的磁畴接近条形畴, 1:5相中Cu分布相对均匀, 形成的畴壁钉扎较弱, 从而使磁滞回线出现台阶, 决定矫顽力的畴壁钉扎位于两相界面处; 随时效淬火温度的降低, 磁畴逐渐细化, 畴壁1:5相中的畴壁能降低, 形成了较强的内禀钉扎, 并决定材料的矫顽力, 两相界面处的畴壁钉扎被掩盖. 对不同温度淬火合金的高温矫顽力研究表明, 最强的畴壁钉扎位于两相界面处时, 矫顽力随温度升高逐渐增加, 矫顽力出现温度反常现象; 最强的畴壁钉扎位于1:5相中心时, 矫顽力随温度升高逐渐衰减. 当测试温度达到500℃后不同淬火温度样品的矫顽力几乎相同, 此时最强畴壁钉扎均在两相界面处.