垂直磁化纳米线中的畴壁钉扎与去钉扎动力学研究

Investigation of pinning and depinning processes of domain wall(DW)in magntic nanowire is of great importance from view points of both fundamental physics and applications (DW based logic and storage devices ).Due to the narrower DWs which have a simpler and more rigid internal Bloch/Neel DW structure and the expected higher spin transfer efficiency in them, perpendicular magnetized nanowires are not only more attractive in application but also of greater advantage for understanding the mechanic of spin transfer and origin of non-adiabatic term as well as magnetic damping during DW motion.In this project, the research will focus on the study of pinning and depinning dynamics of DW in perpendicular magnetized nanowires of FePt and CoPt alloys. By controlling the order parameter and composition of the alloys, the strength of spin-orbital coupling in the nanowire will be adjusted.The dependence of DW pinning and depinning behaviors and depinning field on current density as well as geometry of the nanowires and the artifical defect will be investigated by experiment and micromagnetic simulation.The damping constant α and nonadiabatic constant β of each will be extracted by using the one dimensional model as well as by miromagnetic simulation; the relation between α and β as well as their dependence on the strength of spin-orbital coupling will be clarified based on the experimental results and first principle calculations; The origins of α and β will be investigated by theoretical study.

钉扎和去钉扎是磁纳米线中畴壁运动重要的过程。垂直磁化纳米线中的畴壁宽度小且结构稳定，对垂直磁化纳米线中畴壁钉扎与去钉扎过程及相关动力学的研究一方面有助于掌握磁纳米线畴壁运动的规律和操控方法，从而为实现逻辑运算和高密度存储奠定基础，另一方面，可以探索自旋转移力矩中非绝热项的本质等一些基本科学问题。本项目将以具有垂直各向异性的FePt和CoPt合金为材料体系, 研究纳米线中畴壁钉扎与去钉扎过程中畴壁的运动状态、去钉扎场大小以及它们与纳米线和钉扎点的几何尺寸等因素的关系，探索有效调控畴壁钉扎与去钉扎行为的方法；研究不同各向异性纳米线中非绝热系数及阻尼系数，澄清二者与自旋轨道耦合强弱的关系，并在此基础上结合理论研究探索二者的物理本质。

垂直磁化纳米线在赛道存储器件、畴壁逻辑器以及纳米振荡器件都有广阔的应用前景，研究垂直纳米线中钉扎畴壁的动力学特性进行研究，探索调控畴壁动力学行为的方法对其在器件中的实际应用至关重要。本项目，我们将研究的重点放在垂直磁化纳米线中钉扎畴壁的动力学特性，主要开展了一下工作：1）采用磁控溅射法加上纳米刻蚀技术，制备出质量良好的垂直纳米线，对纳米线的各向异性磁电阻测量，显示出畴壁处于不同位置具有不同的AMR；2）研究了不同刻痕结构、形状和刻痕深度对对畴壁的钉扎强度，发现对称矩形刻痕具有最强的钉扎效果，而三角刻痕钉扎最弱；3)对钉扎畴壁的动力学特性研究发现，钉扎畴壁在一定的电流下出现振荡，其实振荡电流与刻痕的形状、深度都有关系，在深度钉扎时，三角刻痕具有最小的其实振荡电流；4）对深度钉扎的单个畴壁和多个畴壁的振荡特性进行了研究，发现在一定电流下，会出现恒频振荡，这种恒频振荡的振幅可以通过横向磁场辅助和多畴壁协同振荡大幅提高；5）设计了反铁磁耦合的双垂直磁化纳米线，利用自选轨道矩和DMI实现了耦合畴壁运动超高速运动；6）弄清垂直磁化-面内磁化复合纳米线中自旋波模式的振荡特性以及调控手段，提出了一种新型的纳米振荡器；7）设计了垂直磁化-面内磁化复合纳米柱阵列，证实了合理调控相互作用可以使各纳米柱的磁矩出现协同振荡，从而大幅提高振荡信号；8）探索了调控涡旋状态以及利用涡旋状态调控畴壁动力学特性的方法，发现涡旋畴壁的状态可以在选取适当的纳米线尺寸的情况，通过磁场大小方便地调控；9）对基于FePt3的双层薄膜中的交换耦合特性进行了研究，发现一定的化学无序以及铁磁层的诱导可以诱发Q2 相，从而解释了(100)取向的双层膜低温下出现的强的交换耦合场。以上这些工作中取得的重要结果以达到本象奴设定的研究目标。