受限体系Skyrmion动力学研究

Magnetic Skyrmion is topologically stable vortex-like spin texture that offers great promise as information carriers in future spintronics because of its topological stability, small size and high mobility. Theoretically, a lattice model, based on Heisenberg ferromagnetic exchange and Dzyaloshinskii-Moriya (DM) interaction has been successfully applied to bulk or two dimensional Sk material. However, recent experimental investigation quasi one dimensional(1D) FeGe nanostripe puts forward the new challenge to the model, where the simply extended 1D model challenge't capture the experimental results. In this project, we will improve the lattice model applied in 1D confined geometry, and simulate the dynamic process. By analyzing the edge effect , we expect to obtain the esential factors in confined geometry. Furthermore, it is expected that the theory of Skyrmion in confined geometry can be improved, so that the theory may provide solid basis for the real application of Skyrmion in low dimensional spintronics.

磁Skyrmion（Sk）表示的是一种涡旋状的自旋构型。由于其具有尺寸小（~nm)、拓扑稳定以及高度敏感于自旋极化电流等特性，在自旋电子器件方面有着很好的应用潜质，对Sk的研究已经成为磁性材料领域的前沿。理论上，基于海森堡铁磁交换作用和Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用的格点模型在描述三维以及二维体系中的Sk性质获得了很大的成功。然而最近在准一维FeGe纳米条带中的实验发现，简单的扩展这个模型到一维却无法解释相关的实验现象。本项目拟通过改进准一维受限情况下的理论模型，计算一维纳米条中Sk的动力学过程。通过分析体系边界对基态构型以及Sk动力学过程的影响，揭示受限效应的本质影响。相关的理论结果能够完善Sk的理论，并为Sk在低维体系下自旋电子器件的应用奠定坚实的理论基础。

磁斯格明子是一种具有拓扑稳定性的新型磁结构，有潜力应用于新一代的磁存储器件中，因此其在准一维受限的纳米条带中的动力学就显得尤为重要。而实验观测结果与微磁学模拟的结果在细节上不一致，本项目针对这一问题，系统性的分析讨论了在准一维受限体系下微磁学计算方法的表现，取得了如下的成果：(1)针对手性磁体中斯格明子晶体态和螺旋态两种具有代表性的磁结构，采用解析分析与微磁学计算相对照的方式，分析了连续模型与不同网格离散模型之间的能量差异，并发现了格点模型在两种磁结构中引入的各向异性的差异；(2)使用这个各向异性解释了准一维纳米条带中的斯格明子磁结构及螺旋磁结构的特性，并提出了厚度对螺旋磁结构排布的调制作用；(2)针对手性磁体中斯格明子动力学过程、相图的蒙特卡洛计算等，提出了不同密度格点模型之间的能量修正方案的设想，用以对比不同条件下计算所得的结果，完善了斯格明子动力学计算方法。本项目在自然科学基金的支持下，发表SCI收录的期刊论文1篇，通过该方面的研究细化了斯格明子等磁结构的行为的计算方法，为相关研究提供了有价值的参考。