基于磁skyrmion的自旋霍尔纳米振荡器研究
批准号:
12104124
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
金晨东
依托单位:
学科分类:
磁学及自旋电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
金晨东
中文摘要
自旋霍尔纳米振荡器是基于自旋霍尔效应的新型微波发生器。其具有结构简单,不受铁磁体中电迁移和欧姆热影响,以及多样的探测方法等优点,引起了广泛的关注。然而,自旋霍尔纳米振荡器磁性层中较小的磁矩振荡幅度导致其输出功率最高才纳瓦量级,因此低的输出功率是当前限制其应用的最大挑战。本项目提出将磁skyrmion的旋转振荡模式应用于自旋霍尔纳米振荡器中,磁skyrmion作为一种具有拓扑保护性质的磁结构,有着稳定性高、临界驱动电流密度低等优点。更重要的是:在自旋霍尔效应的作用下,磁skyrmion可以实现局域区域磁矩的反转,即磁矩的振荡幅度有着最大的变化,有希望解决自旋霍尔纳米振荡器输出功率低的问题。本项目拟通过微磁学模拟去研究如何使得磁skyrmion在自旋霍尔效应的驱动下做周期性振荡运动,在提高功率的同时也优化频率和线宽等性能参数。因此,本项目对自旋霍尔纳米振荡器的应用有着重要意义。
英文摘要
Spin Hall nano-oscillator (SHNO) is a new type of microwave generators based on the spin Hall effect (SHE). It has the advantages of simple structure, unaffected by electromigration or Ohmic heating in the ferromagnets, and various detection methods, which has attracted large interest. However, the small amplitude of the magnetic moment oscillation in the magnetic layer of the SHNOs leads to the highest output power of only in the order of nanowatt level, the low output power is therefore the biggest challenge currently limiting its application. This project proposes to apply the oscillation mode of the magnetic skyrmion to the SHNOs. Magnetic skyrmion is magnetic structures with topological protection properties, which has the advantages of high stability and low critical drive current density. More importantly, the oscillation of the magnetic skyrmion can realize the reversal of the magnetic moment in the local area under the action of the SHE, i.e., the oscillation amplitude of the magnetic moments have the largest change, which is promising to solve the problem of low output power of the SHNOs. This project intends to investigate SHE-induced periodic oscillation of the magnetic skyrmion by using micromagnetic simulation, and optimize performance parameters such as frequency and linewidth while increasing power. Therefore, this project is of great significance to the application of the SHNOs.
自旋霍尔纳米振荡器是基于自旋霍尔效应的新型微波发生器,由于其结构简单,不受铁磁体中电迁移和欧姆热影响,以及多样的探测方法等优点而引起了广泛的关注。然而,自旋霍尔纳米振荡器磁性层中较小的磁矩振荡幅度导致其输出功率最高才纳瓦量级,这也是当前限制其应用的最大挑战。本项目提出将磁斯格明子的振荡模式应用于自旋霍尔纳米振荡器中,即磁矩的振荡幅度有着最大的变化,这有希望解决自旋霍尔纳米振荡器低输出功率的问题。通过微磁学计算方法,我们得到一下重要结论:(1)扭曲斯格明子旋转振荡模式可以应用于自旋霍尔纳米振荡器中,通过在纳米圆环中可放置十个斯格明子,使得频率的可调谐性超过16GHz,并且随着电流强度呈线性变化。通过分析振荡频率下的实空间振荡振幅和相位,发现斯格明子轨迹区域的垂直磁化分量有着最大的幅值,佐证了该自旋霍尔振荡器有着潜在的高输出功率。(2)椭圆斯格明子的自旋波模式在高频表现为逆时针旋转模式,在低频时为顺时针旋转模式,并且顺时针旋转模式更依赖于各向异性Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的强度。在面外交流磁场的激发下,椭圆斯格明子自旋波模式由简单呼吸模式劈裂为旋转呼吸混合模式和各向异性呼吸模式。(3)麦纫对的自旋波模式具有各向异性,在特定角度的微波磁场下,呼吸模式、逆时针模式和顺时针模式可以同时出现。(4)斯格明子袋具有六个共振频率,以外斯格明子-内斯格明子的组合模式呈现,我们分析探究了这种组合模式的耦合机理。(5)利用微波磁场可以实现对嵌套斯格明子袋拓扑数的操控,即利用不同的面外自旋波模式选择性地激发嵌套斯格明子袋中的内部、中部、和外部斯格明子,通过对局域能量的拆分计算解释了不同位置的斯格明子湮灭与面外微波磁场的关系。(6)通过结合Thiele方程研究了自旋轨道转矩驱动下拉长斯格明子的动力学行为,分析了零斯格明子霍尔角的成因。
国内基金
海外基金