受限磁纳米线中多磁畴结构的调控及其电流驱动的动力学研究

The reading and writing of racetrack memory can be realized by means of polarized current induced domain wall motion in the future. For the realization of three-dimensional racetrack memory, the racetracks are generally constructed by multi-folded magnetic nanowires arranged perpendicularly on the surface of a silicon wafer. However，most researches is currently for a single magnetic domain wall formation and its dynamic characteristics in the long straight magnetic nanowires. In this project, based on micromagnetic model, the effect of the bending and crossing of the magnetic nanowires and the magnetic anisotropy on multiple magnetic domain structures have been investigated, aiming to reveal the mechanisms of the multiple magnetic domain formation, conversion and stability in the confined system. Furthermore, the law of the dynamical behaviors under the spin-polarized current for multiple magnetic domain walls and the parameters of bending and crossing of magnetic nanowires and magnetic anisotropy will be studied selectively including its temperature dependence by using multiple T-type magnetic domain walls as an object. It could theoretically be guidance for developing the technology of three-dimensional racetrack memory with multiple magnetic domain structures motion steadily and controllably in the bending and crossing magnetic nanowire array.

未来赛道存储器的读和写可以通过自旋极化电流驱动磁畴壁运动来实现。要实现三维赛道存储器,所构建的赛道一般为多次折叠的垂直排列生长在硅衬底上的磁纳米线, 且其磁纳米线中存在多磁畴壁。但当前大多局限于对长直磁纳米线中单磁畴壁的形成及其外场下动力学性质开展研究。本项目基于微磁学理论等，研究磁纳米线的弯曲、交叉等微结构以及磁各向异性等对磁纳米线中形成不同多磁畴结构的影响，以揭示受限系统中其不同多磁畴结构的形成、转换及稳定的相关机制。以多个T型磁畴壁所组成的多磁畴结构为对象，重点研究在自旋极化电流驱动下其多磁畴结构的动力学行为与磁纳米线的弯曲、交叉以及磁各向异性等之间关联的一般性规律，并讨论其温度的影响。为研发稳恒可控驱动具有弯曲、交叉磁纳米线阵列中多磁畴结构的三维赛道存储器技术提供理论指导。

未来赛道存储器的存储与读取可以通过自旋极化电流驱动磁畴壁的移动来实现。但驱动磁畴壁移动的阈值电流大，产生高的焦耳热等严重影响其应用。本项目基于LLG方程研究了自旋波驱动磁畴壁移动的动力学行为；另一方面，信息的存储与读取是多磁畴壁的动力学过程，为此我们研究了多磁畴壁形成、稳定及其在自旋波作用下的动力学行为。揭示自旋波驱动磁畴壁移动的物理过程以及磁纳米线中不同多磁畴结构的形成、转换、稳定及被驱动的相关物理规律。结果发现：自旋波能有效平稳驱动磁畴壁的定向移动，其平稳驱动与磁畴壁的初始状态无关；其正弦波是作用磁畴壁的基本单元，自旋波驱动磁畴壁定向移动的物理本质是自旋波的动量转移，其移动速度依赖于自旋波的幅值与频率，磁畴壁共振模式下其定向移动速度达极值。另一方面，多磁畴壁的形成依赖于初始激发及外场作用，由横壁和涡旋壁组成的结构可转变为更稳定的360°壁，或者完全消失，取决于自旋波的频率和振幅，但堆叠式横壁结构显示出良好的鲁棒性，类似于单个横壁，可以通过自旋波驱动使其表现出连贯的单畴壁运动，满足赛道存储器件的设计。完成了项目既定目标。共发表SCI收录学术论文13篇；会议邀请报告3场；直接从事该项目内容研究的研究生5人，其中：已毕业硕士研究生3名，联合培养在读博士研究生1名。