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...     

磁畴和畴壁的实验演示

利用透射光法进行磁畴和畴壁的实验演示，在磁性材料中的薄膜中，若无外加磁场时，可以观察到很多蜿蜒曲折的条状磁畴，当垂直薄膜面上加一个磁场（磁化场）时，这些条状磁畴就会产生变化，凡与外加磁场方向一致的磁畴体积扩大，与加外磁场方向相反的磁畴体积会缩小。     

磁畴壁手性和磁斯格明子的拓扑性表征及其调控

磁性斯格明子由于拓扑的保护性,具有很高的稳定性和较小的临界驱动电流,有望应用于未来的赛道存储器件中.而在中心对称体系,由于偶极作用的各向同性,磁泡的拓扑性和螺旋度都呈现出多样性的特征.其中非平庸的磁泡即等同于磁性斯格明子.我们通过近期实验结果,结合微磁学模拟的方法,发现在中心对称体系中磁斯格明子的拓扑性会受到体系垂直各向异性的调控.另外在加磁场的演变过程中,会很大程度上依赖于基态畴的畴壁特性.磁场的倾斜或者一定的面内各向异性也会改变磁斯格明子的形态.通过对材料的基态磁结构及磁各向异性的调节,辅助以面内分量的控制,可以对基态磁畴、进而对磁斯格明子的拓扑性实现调控.这对磁斯格明子在电流驱动存储器件中的应用具有重要意义.     

磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构

首先简要地介绍了磁性材料中磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构以及相互之间的关系. 一方面, 磁畴结构由材料的磁结构、内禀磁性和微结构因素决定; 另一方面, 磁畴结构决定了材料磁化和退磁化过程以及技术磁性. 拓扑学与材料物理、材料性能的联系越来越紧密. 最近的研究兴趣集中在一些拓扑磁性组态, 如涡旋、磁泡、麦纫、斯格米子等. 研究发现这些拓扑磁结构的拓扑性质与磁性能密切相关. 然后从尺寸效应、缺陷、晶界三个方面介绍国际学术界在磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构方面的进展. 最后介绍了在稀土永磁薄膜材料的微观结构、磁畴结构和磁性能关系、交换耦合纳米盘中的拓扑磁结构及其动力学行为方面的工作. 通过对文献的评述, 得到以下结论: 开展各向异性纳米复合稀土永磁材料的研究对更好地利用稀土资源具有重要的意义. 可以有目的地改变材料的微结构, 可控地进行磁性材料的磁畴工程, 最终获得优秀的磁性能. 拓扑学的概念正在应用于越来越多的学科领域, 在越来越多的材料中发现拓扑学的贡献. 研究磁畴结构、拓扑磁性基态或者激发态的形成规律以及动力学行为对理解量子拓扑相变以及其他与拓扑相关的物理效应是十分重要的. 也会帮助理解不同拓扑学态之间相互作用的物理机制及其与磁性能之间的关系, 同时拓展拓扑学在新型磁性材料中的应用.     

磁膜畴壁蠕移的频率特性

本文叙述难向交变场频率（５０ｃ／ｓ－２００Ｍｃ／ｓ）对坡莫会金磁膜中畴壁蠕移的影响（即蠕移频谱）的实验结果．实验发现蠕移频谱上有三个峰出现,即１１０－１４０Ｍｃ／ｓ的高频峰,３０－４０Ｍｃ／ｓ的中频峰和１００ｋｃ／ｓ的低频峰．并测定了磁膜厚度、难向直流偏场对蠕移频谱的影响．对壁线运动和与之伴随产生的暂态逸散场的初浅的理论分析表明：（１）壁线运动的暂态逸散场是导致畴壁蠕移的一个原因;（２）壁线运动有共振特征,蠕移频谱上的高频峰和中频峰的出现分别是９０°线（或Ｎｅｅｌ线）和Ｂｌｏｃｈ线共振的反映;（３）低频下的蠕移不是壁线运动的暂态逸散场引起,而可能是由Ｎｅｅｌ壁段的某种作用所导致．     

为拓扑绝缘体穿上红磁畴

正在中土大地,一些冷角通过各种炒作模式变成明星的戏码经常上演,倒了很多国人胃口。但是,也有一些灰姑娘通过自身魅力展示而成为耀眼明星的范例,这靠的是实力和蕙质兰心。物理学中属于后者的实例正在开始多起来,比如量子反常霍尔效应、比如中微子、比如铁基超导、也比如最近的味儿半金属。这是中国科学界甚至是百姓生活中不是很多见的正能量。在成为明星之前,大概鲜有雅贤明白啥是量子反常霍尔效应、啥是中微子,但薛其坤们让前者如花似玉、王贻芳们让后者芳草如茵。我们     

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.     

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     

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.     

纯铁中运动畴壁引起的低频内耗

在匀速增加磁场的条件下测量了纯铁试样在退火和预应变时的低频内耗。结果表明,磁化过程中的动态内耗是一种与磁化场增加速率成正变关系,与测量频率成反变关系的粘弹性内耗。而稳态磁场下的内耗则与测量频率有正变关系。这与作者对镍的测量结果类似。结果还表明,预应变使这两种内耗减小,峰值移向高场。 关键词：     

磁畴壁在复合外场中的运动方程及其在磁弹性内耗的应用

在以速率α匀速增加的磁化场中,测量铁磁性材料的内耗时,材料中畴壁所受的力除了外加磁化场所提供的主驱动力A₀⁰+A₁⁰αt,以及测量内耗所用交变应力所提供的微扰交变驱动力A₃⁰sinωt之外,经分析表明,还存在一项在数值上与主驱动力及交变驱动力的乘积成正比的交互作用驱动力,可写为A₂⁰sinωt。这里的A₀关键词：     

Pb(Zr0.52Ti0.48)O3陶瓷畴界粘滞运动的介电损耗模拟

对不同频率下（１ —１０ ｋ Ｈｚ） Ｐｂ（ Ｚｒ０５２ Ｔｉ０４８） Ｏ３ 多晶陶瓷的介电性能的测量表明：在接近铁电相变温度 Ｔｃ 以下存在一介电损耗峰,该峰具有弛豫特征但不满足 Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ 关系．这一损耗峰被认为是由于畴界与晶格、缺陷钉扎的互作用引起的．用畴界粘滞运动的动力学方程,考虑陶瓷样品中 Ｔｃ 离散分布的情况,模拟了该介电损耗峰在不同频率下的行为,得到了与实验数据一致的结果．并由拟合参数计算了畴界运动的粘滞系数和缺陷钉扎引起的回复力常量．     

Pb(Zr0.52Ti0.48)O3陶瓷畴界粘滞运动的介电损耗模拟

对不同频率下(1—10kHz)Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃多晶陶瓷的介电性能的测量表明：在接近铁电相变温度T_c以下存在一介电损耗峰,该峰具有弛豫特征但不满足Arrhenius关系．这一损耗峰被认为是由于畴界与晶格、缺陷钉扎的互作用引起的．用畴界粘滞运动的动力学方程,考虑陶瓷样品中T_c离散分布的情况,模拟了该介电损耗峰在不同频率下的行为,得到了与实验数据一致的结果．并由拟合参数计算了畴界运动     

磁性薄膜畴壁短波长自旋波模式激发

研究约束在磁性薄膜畴壁中的自旋波Ｗｉｎｔｅｒ模式及其激励方式．用坡莫合金磁性栅格将高频均匀磁场转换成与自旋波Ｗｉｎｔｅｒ模式在时间频率和空间波长都匹配的磁场，从而实现相互间的有效耦合．采用锁相放大技术观测到了几百兆赫自旋波Ｗｉｎｔｅｒ模式微分吸收峰 关键词：     

DYNAMICS OF PLANAR RELATIVISTIC DOMAIN WALLS

The dynamics of planar relativistic domain walls is investigated with the help of a new method proposed by Arodz and Larsen. Two solutions are found: one is a steady state domain wall, the other is a nonstationary domain wall. They move with the same constant velocity in the laboratory frame coordinates. When the velocity approaches light velocity c, the "width" of the nonstationary wall inflates very slowly. These domain walls can disappear again soon after their creation in the early universe by moving away from our visible universe. So they would not dominate the universe completely, but keep the observed universe approximately isotropic and homogeneous.     

APPLYING THE HOMOTOPY EQUIVALENCE TRANSFORMATION OF TOPOLOGICAL SPACE SETS TO THE TOPOLOGICAL CLASSIFICATION OF STATES AND DEFECTS IN ORDERED MEDIA

In this paper the application of homotopy equivalence transformation (HET) of topological space sets to the topological classification of states and defects in ordered media is discussed. Firstly, an argument is pres-ented about the idea that for simplifying and even working out the classification and constructing homotopy class sets into groups, it is crucial to utilize the HET. As the theoretical basis for doing this we sum up the relevant results in homotopy theory into a theorem, called the "invariance theorem for HET". Secondly, in order to favor the utilization of this theorem, several propositions on homotopy equivalence between space sets are given. Finally, the absolute and relative topological dassification of states and defects is systemtically studied. The main results obtained are embodied in eight theorems.     

磁泡材料的磁滞迴线和泡阵磁畴的剩磁

本文采用一种用光电倍增管作为检测装置的技术,可以自动绘出透明磁性介质的磁滞迴线,测得了不同磁泡外延膜样品,在不同磁畴形状等条件下的磁迴线;解释了曲线的特点,并从实验上证实,具有泡阵磁畴的磁泡膜是处于一种特殊的剩磁状态。 关键词：     

垂直布洛赫线在畴段畴壁中的形成和消失

在不同的直流偏场下,对脉冲偏场作用后的磁泡膜中的磁畴观测结果表明:磁泡膨胀时的分枝生长往往伴随有大量垂直布洛赫线(以下称VBL)产生;它的正负与反向畴膨胀时所施加的直流偏场大小有确定关系;在幅度不太高的系列脉冲作用下畴端运动可使畴壁中形成大量VBL;足够强的脉冲偏场可使VBL消失。 关键词：     

Brown方程的分歧解与初始成畴问题

初始成畴问题是一个典型的分歧问题。通过标度变换使铁磁体的尺寸参数显现在自由能表达式和Brown方程中。推广应用分歧理论的微扰法,求出了Brown方程的最小正分歧点和从此点发出的分歧解。分析了单畴态和分歧解的稳定性,据此对初始成畴临界尺寸和初始成畴行为进行了研究。结论指出,临界尺寸是尺寸参数的最小正分歧点,其近旁的初始成畴过程或者沿着分歧解连续地进行,或者是一个不连续的跃变。给出了相应的判据。此外,还得到了严格单畴临界尺寸上下限的一个估计,以及在特殊情况下这种临界尺寸的精确结果。 关键词：