纳米带内电流驱动的斯格明子移动特性研究

A precise control of the skyrmion motion is necessary for the research and development of next-generation spintronic devices. The small skyrmion motion velocity and lateral movement are still bottlenecks for the technology application. In this project, scattering of skyrmion, and interaction of skyrmion-skyrmion, skyrmion-defect, skyrmion-spinwave will be investigated using quantumfield and micromagnetictheory, and establish theoretical models for the skyrmion motion. Micromagnetic numerical and simulations approach will be used to study the current-induceds kyrmionmotion and spinwave-assisted skyrmion motion induced by spin-polarized current. The skyrmion velocity will be increased by the geometric and magnetic manipulation, physical design, which are suppress the impacts ofthelateral movement, defect and edge, and promote the Synchronous mobilein chains of skyrmions. Based on the investigated results obtained in this project, we will get a better understanding about scattering of skyrmion, and interaction of skyrmion-skyrmion, skyrmion-defect, skyrmion-spinwave, gain the features of skyrmion motion by induced by current. The results obtained in this project will be provide guidance for designing the next-generation spintronic devices.

研发新一代自旋电子器件要求精确操控纳米带内斯格明子移动，电流驱动斯格明子移动是最有前途的方法之一。然而，移动速度慢、存在横向移动，是影响电流操控斯格明子移动主要因素。本项目拟采用量子场论和微磁学理论方法研究纳米带内斯格明子与边界不一致磁矩、斯格明子、缺陷、自旋波的相互作用，建立斯格明子移动的动力学方程；采用数值计算和微磁学模拟方法研究纳米带内电流驱动和自旋波辅助电流驱动斯格明子移动和调制规律。通过调制几何和磁参数，设计纳米带边界势、自旋波和电流组合注入方式来抑制斯格明子横向移动；提高斯格明子移动速度；获得电流和自旋波辅助电流驱动斯格明子移动规律及调控特性。通过本项目研究将揭示纳米带内斯格明子与边界不一致磁矩、斯格明子、缺陷、自旋波的相互作用机制；掌握纳米带内电流驱动斯格明子的移动规律，为研发新一代自旋电子器件器件提供科学依据。

移动速度慢、存在横向移动，多斯格明子移动不同步，缺陷和边界效应对斯格明子产生钉轧和阻塞等是阻碍基于电流驱动的纳米带内斯格明子的自旋电子器件开发。本项目研究从斯格明子与斯格明子、缺陷、自旋波的相互作用出发，研究纳米带内电流驱动斯格明子的移动移动和调制规律，寻求抑制斯格明子横向移动，使斯格明子同步移动，剔除缺陷和边缘效应对斯格明子的阻塞，提高速度与电流比（V/J）的方法。根据研究计划，项目组认真开展研究工作，顺利地达到了预期研究目标。研究成果包括：（1）获得了非一致磁矩与斯格明子，斯格明子间，自旋波传播产生的磁子与斯格明子的相互作用，并修正了斯格明子移动的动力学Thiele's方程。(2)垂直于膜面注入电流驱动斯格明子移动比面内注入电流驱动更有效。(3)利用凹槽型纳米带可有效抑制斯格明子的横向移动，随着边缘厚度的增加，可容忍更大的注入电流驱动斯格明子移动，而不湮灭。在同样的注入电流下，随着边缘厚度的增大，斯格明子速度减小; 边缘宽度的增大，移动速度先增大后减小。(4)利用反铁磁耦合双层纳米带结构也可消除斯格明子的横向移动，可容忍的注入电流依赖于磁层间的耦合相互作用。(5)自旋波传播产生的磁子可驱动纳米带内斯格明子移动，其速度先增大后按指数规律减小，斯格明子移动速度依赖于斯格明子对磁子的反射率和幅度。（6）自旋波的频率与斯格明子的本征自旋波模式频率一致时，自旋波辅助电流驱动斯格明子更快移动。自旋波模式频率与旋磁模式频率一致时，斯格明子的移动方向受旋磁模式的旋进方向调制。(7)提出了一种利用电压控制纳米带末端磁各向异性消除多斯格明子堵塞的方法，实现纳米带内多斯格明子的同步。项目研究成果已形成11篇学术论文，在国内外期刊上出版了9篇文章，其中SCI收录6篇,EI收录1篇，CSCD期刊论文1篇。研究成果可为开发基于电流驱动的纳米带内斯格明子的自旋电子器件提供理论依据和实现方法，具有十分重要的理论和实际应用意义。