纳米磁结构中的自旋波与畴壁动力学

This is a theoretical project aiming to launch a systematical investigation of the interplay of spin wave and domain and domain wall (DW) dynamics and motion in magnetic nanostructures. The studies include the magnon based spin-transfer torque and its role in domain and DW motion; the spin wave generation and detection due to the domain and DW motion; new DW propagation modes due to spin wave excitation and propagation; spin-wave induced DW-DW interaction; magnonic effect in magnetoresistance in magnetic nanowires. The outcomes of this project shall provide us not only a complete picture of domain and DW dynamics and motion, but also a solid science foundation for the device applications in high density magnetic storage and magnetic information processing.

本项目计划对纳米磁结构中自旋波在畴和畴壁运动的作用和影响进行系统的理论研究，研究的问题包括：磁振子自旋转移力矩对畴壁运动的影响，畴与畴壁运动引起的自旋波激发，自旋波在畴壁运动模式中所起的作用，寻找畴壁新的运动模式。由于自旋波引起的畴壁-畴壁相互作用，自旋波在磁电阻中的影响和可能的应用，本项目的实施必将加深我们对磁畴与畴壁动力学的认识，为更好地在高密度磁存贮和信息处理中使用畴壁与畴壁运动提供坚实的科学基础。

由于在新一代数据存储、信息处理方面的重要应用以及非线性动力学、拓扑物理等方面的基础科学意义，本项目主要从理论上研究了纳米磁结构中自旋波在畴和畴壁运动中的作用和影响，并覆盖了相关课题如自旋波的性质、畴壁以及其他磁结构的操控。本项目完善了磁畴壁在磁场驱动下通过自旋波发射定向运动的运动模式；发展了温度梯度下磁畴壁运动的热力学理论，即自旋波模不同造成磁畴壁与磁畴存在熵差从而在温度梯度下向高温端移动；发现了磁畴壁通过发射磁涡旋（可视之为自旋孤子波）运动的模式，并详细研究了磁畴壁与几何缺口的相互作用；发展了通过电流脉冲在自旋阀中产生斯格明子（一种局域磁结构，与磁畴壁类似拥有非平凡的拓扑结构）；研究了非磁金属/磁性绝缘体异质结构中的自旋输运，得到了温度梯度下自旋波通过界面s-d耦合转移自旋到电子的物理图像并得到与实验相符的理论结果；发现了一种新的磁体：拓扑自旋波磁体，该类磁体中的自旋波存在拓扑保护的边界态，并利用磁畴壁设计了拓扑自旋波分束器。项目执行期间发表SCI论文28篇。通过本项目的研究，完善了我们对自旋波和以磁畴壁为代表的拓扑磁结构的理解，为自旋波和磁畴壁等拓扑磁结构在自旋电子学中的应用起到重要的推动作用。