"原子-微磁"多尺度磁性模拟程序包的开发

传统的Laudau-Lifshitz-Gilbert(LLG)微磁方程无法描述高温下和超短时间内磁化强度的动态行为。解决这一关键基础科学问题不仅能够加深理解超高密度热辅助磁记录（HARM）技术中激光热效应所导致的磁介质薄膜的超快退磁和恢复现象以及薄膜结构的作用，而且有助于探讨写入速度的极限问题。本项目拟对我们已开发的LLG微磁程序做一次突破性发展，自行开发一套"原子-微磁"多尺度计算程序包：采用材料的晶格结构建立原子尺度自旋动力学模型；研究脉冲激光所激发的磁性薄膜有效温度模型；探讨退磁场计算的优化方法，以提升微磁模拟的计算能力和计算速度；最后以热辅助磁记录介质材料（L10-FePt， FePt/CoFe等）为例，验证我们所开发程序的有效性问题，实现从3维角度直观图像动态展示飞秒激光所激励的磁矩演化行为特性。

飞秒脉冲激光诱导的超快退磁动力学为实现在亚皮秒超快时间尺度上操控磁性提供了技术可能，近几年引起了人们特别关注。本项目围绕激光调控磁性的物理建模，在原子尺度上开展了微磁学研究，主要取得以下几点成果：（1）研究了脉冲激光作用于磁性薄膜所引发的热效应在电子、磁子和晶格之间的热量传递机制，发展了基于三温度效应的数值模型。（2）以稀土-过渡金属薄膜为例，开发了具有两套“子晶格”系统的原子尺度Landau-Lifshitz-Gilbert微磁学模拟计算软件。研究了TbFeCo亚铁磁薄膜的激光退磁及磁恢复微观动态过程，退磁幅度与激光强度、退磁时间与Tb含量的变化特性与实验结果相当吻合，表明本项目所发展的微磁模型可准确描述激光诱导的磁超快动力学过程。（3）首次尝试发展了“微磁学”与“从头算第一原理方法”相结合的计算模拟技术，建立了自旋翻转电流与材料常数（如晶格常数 、薄膜厚度等）直接依赖关系。（4）采用微磁学方法，针对“自旋转矩效应”开展了系列研究。澄清了阵列结构中静磁耦合效应对磁化翻转的影响；报到了倾斜易磁化轴所导致的自旋翻转动力学特性；提出自旋阀钉扎层失稳可以诱导自旋转矩回跳翻转；研究了双自旋极化层的自旋转矩效应，以及自旋转矩垂直项作用等。共发表论文14篇（含APL 7篇，PRB 1篇，JAP 3篇）。