铁磁岛纳米晶格中的人工几何磁阻挫

本项目的研究对象是电子束光刻技术制备的纳米尺度单畴铁磁岛所组成的晶格。在这些晶格中，我们重点研究几何排列所导致的铁磁岛间的磁阻挫现象。阻挫会导致具有很高能量简并度的磁矩排列方式，还能引起一系列的新颖宏观效应。具有几何阻挫的磁性纳米晶格可类比于已被大量研究的传统的几何磁阻挫物质，即内部原子磁矩的特殊几何安排导致阻挫的一类磁性物质。而研究光刻技术制备的纳米晶格所具备的优势是我们不但可以人工控制阵列的各种几何尺寸性质，而且可以直接在室温下观察到阵列中每个磁矩的物理行为。我们将在以前的工作基础上探索几种不同类型的纳米磁性晶格，并研究局部缺陷以及外磁场所导致的效应。我们提出的研究计划结合了很强的实验探索（包括纳米尺度的局域测量和样品整体磁性研究）和理论模型研究，从而达到对人工几何磁阻挫现象的细致理解。该项目的研究除了具有重要基础科学研究意义之外，还可能对一些应用相关的问题予以启发。

人工几何磁阻挫是通过人工设计磁性纳米结构，并使其拥有特定晶格结构的方法来模拟原子自旋间的几何磁阻挫。我们原来计划主要通过实验的方法来开展研究，这需要一定的实验条件。但是，学校2009年承诺的科研启动经费迟迟不能到位，因此，我们只好开展数值模拟计算研究工作。我们将主要研究注意力放在磁性纳米圆盘上面，因为这种磁性纳米结构中的磁涡旋态结构与超导体中的涡旋结构相似，而后者是实现几何磁阻挫的一种重要方式。我们发现对磁涡旋态在垂直方向施加共振交变磁场，可以实现涡旋态的超快翻转，该结果于2012年发表在应用物理快报上面。在此工作基础之上，我们又发现了新的翻转机制，比如在磁性纳米圆盘中心设计一个柱形凹坑，在垂直交变磁场作用下，被激发的自旋波受到约束，从而实现涡旋态翻转速度的大幅提升。还有，我们对纳米圆盘施加环形场，也实现了涡旋态的深亚纳秒翻转。这些工作在整理中，预计今年能在国际期刊发表。