【摘 要】
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Skyrmion的拓扑物理特性使其可作为信息比特的载体,从而成为了磁性信息技术和自旋电子学器件领域最有前途的候选者之一。基于此,研究skyrmion的产生、湮灭及其在外场中的响应等动力学行为,实现对其形态、数量的操控一直是人们关注的重点问题。本论文主要利用微磁学模拟方法,针对B20型手征磁体中skyrmion晶格态的拓扑湮灭、在脉冲磁场中的可恢复性、skyrmion阵列中局域skyrmion湮灭的
【基金项目】
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国家自然科学基金11275086,11975007
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Skyrmion的拓扑物理特性使其可作为信息比特的载体,从而成为了磁性信息技术和自旋电子学器件领域最有前途的候选者之一。基于此,研究skyrmion的产生、湮灭及其在外场中的响应等动力学行为,实现对其形态、数量的操控一直是人们关注的重点问题。本论文主要利用微磁学模拟方法,针对B20型手征磁体中skyrmion晶格态的拓扑湮灭、在脉冲磁场中的可恢复性、skyrmion阵列中局域skyrmion湮灭的操控和动力学过程,以及skyrmion阵列在外加交变磁场中的响应问题进行了研究,主要结论如下:二维多畴skyrmion晶格在横向磁场Hx作用下的拓扑湮灭过程中,核心区域的自旋和边缘处的自旋表现出不同的动力学行为,使得skyrmion的拓扑性质和自旋构型之间的动力学不同步。Skyrmion晶格的拓扑荷主要由核心区域自旋的高频模控制,而场极化铁磁态的实现是由所有自旋共有的低频模式决定的。通过调控与skyrmion尺寸相似的局域反向磁场HREV的大小、几何形状以及中心位置可以有效调控晶格中skyrmion的局部数量。当HREV在skyrmion的尺寸范围内以及HREV在相邻skyrmion间隙位置时拓扑荷的局域湮灭机制不同,均为复杂的动力学过程,其中拓扑荷的动力学过程远快于自旋构型的动力学过程。这些发现对于未来工程中skyrmion的操控具有指导意义。对横向矩形脉冲磁场作用下系统中铁磁核的空间分布随时间变化进行了统计分析,从动力学上区分skyrmion晶格向场致铁磁相转变的形核、长大过程,发现在临界时间tcri铁磁核开始发生长程关联。当脉冲时间小于tcri时,skyrmion晶格的拓扑性在撤场后的弛豫过程中通过自旋的集体运动而恢复。我们的研究结果指导了在skyrmion晶格中实现非易失性信息存储,从而扩大了未来自旋电子学的纳米计算中基于skyrmion的器件的可能性。用不同截止频率的横向sinc磁脉冲作用skyrmion晶格,对响应过程中磁化强度矢量分量随时间的变化做傅里叶分析得到晶格的特征频率～12.99GHz。在用横向交变场激发skyrmion晶格时发现存在包含特征频率的频率区间,其中自旋激发模式在增强skyrmion晶格的一个磁矢量的同时抑制另两个磁矢量,使skyrmion晶格失稳而发生拓扑非平庸态向拓扑平庸态的转变。在高次谐波交变场作用下,自旋系统在特征频率附近表现出明显的非线性响应现象,表明自旋涨落与非线性响应之间存在关联。这些研究有助于我们对外加磁场中skyrmion晶格的自旋激发模式形成更为深入的理解。
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