磁纳米条中磁畴结构的调控、电流驱动及其温度影响

The reading and writing of racetrack memory can be realized by means of polarized current induced domain wall motion in the future. However, the threshold polarized current induced domain wall motion is big, and the domain wall and its motion is instability. In this project, based on Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation, the effect of microstructure(including size、boundary condition and shape) and magnetic anisotropy on microstructure of magnetic domain wall in magnetic nanostripe will be investigated, aiming to reveal the magnetic domain formation mechanism and to get the approach of the transition and stability control between the transverse and vortex wall、the single vortex and double vortexes in magnetic vortex structure. Furthermore, expanding the traditional LLG equation, the law of dynamical behaviors under the spin-polarized current for single vortex wall and multi-vortex wall structures in magnetic nanostripe with its microstructure and parameters will be studied selectively to reveal the key factors to low threshold polarized current. The temperature dependence will be investigated by introducing the random field which includes the temperature adding in the effective field of the Landau-Lifshitz-Gilbert equation. It could theoretically be guidance for developing the technology of the low threshold current-induced v domain wall motion steadily and controllably.

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。但驱动磁畴壁运动的阈值电流太大，且驱动过程中的磁畴结构及其畴壁运动欠稳定。本项目基于Laudan-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程，研究磁纳米条的尺寸、边界、形状等微结构以及磁各向异性等对磁纳米条中形成不同磁畴结构的影响，以揭示其不同磁畴结构的形成机制，得到磁纳米条中T型磁畴壁与V型磁畴壁之间、V型壁中单涡旋与双涡旋畴结构之间的转换与稳定控制；进而，拓展基于传统LLG方程的模拟方法，重点研究磁纳米条中单V型磁畴壁以及多V型磁畴壁在自旋极化电流驱动下的动力学行为与磁纳米条的微结构以及磁各向异性等之间关联的一般性规律，以获得降低驱动V型磁畴壁运动阈值电流的关键要素。通过在LLG方程的有效场中引入含温度的随机场，讨论其温度的影响，为发展热辅助下低阈值自旋极化电流稳恒可控地驱动磁纳米条中V型磁畴壁运动的技术提供理论指导。

未来赛道存储器的读与写可以通过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，且驱动其移动过程中磁畴结构及其磁畴壁移动欠稳定等。本项目基于Laudan-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程研究了长直磁纳米条中T型磁畴壁、V型磁畴壁、多T型磁畴壁等在电流、自旋波作用下其动力学行为。系统研究了磁晶各向异性、磁纳米条间相互作用、缺陷（杂质）等对其动力学性质的影响。得到了磁纳米条中T型磁畴壁、V型磁畴壁、多T型磁畴壁在电流、自旋波作用下其动力学行为与磁纳米条微结构以及磁晶各向异性等之间的一般性规律。结果发现：垂直磁晶各向异性能提高T型磁畴壁移动的速度、压制T型磁畴壁的沃克崩溃；而面内磁晶各向异性能压制V型磁畴壁的扩展、提高V型磁畴壁发生沃克崩溃的临界电流等。缺陷（杂质）对磁畴壁的移动有钉扎作用，提高驱动磁畴壁移动的阈值电流，其钉扎作用的强度依赖于缺陷（杂质）的位置、大小、浓度等。磁纳米条间的相互作用对磁条中磁畴壁的移动性质有直接的影响，甚至会发生磁畴壁振荡行为。另一方面，通过在LLG方程的有效场中引入含温度的随机场，讨论了温度对电流、自旋波作用下磁畴壁动力学行为的影响。结果发现：温度能提高磁畴壁移动的速度、压制磁畴壁的沃克崩溃，同时还能有效解除缺陷（杂质）带来的钉扎作用，进而降低驱动磁畴壁移动的阈值电流等。项目的完成为发展基于热辅助下低阈值电流平稳驱动磁畴壁移动技术的赛道存储器提供理论指导。