低维螺旋磁体中斯格明子的蒙特卡洛研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yhl_2011
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磁性纳米材料因具有丰富的物理内涵和广泛的应用前景而成为纳米科技研究的热点。其中,具有中心反演对称性破缺的螺旋磁体,由于受到轨道、自旋、晶格等多种自由度耦合的影响,表现出丰富的物理性能,是当前磁性材料研究的前沿。2009年,实验上首次在MnSi中发现了拓扑稳定的磁斯格明子(Skyrmion)。Skyrmion具有体积小、稳定性好、容易操控的优点,为设计高速度、高密度、低能耗的磁存储器件奠定了基础。对Skyrmion的性质和规律的深入研究是推进其实用化的关键。本文采用蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)模拟,对低维螺旋磁体中Skyrmion的成核及演化规律进行了深入探讨,并探索了磁场、偶极相互作用、单轴各向异性、DM相互作用等的影响。具体的研究内容和成果如下:在充分考虑了低温热扰动和具体的磁化反转路径的前提下,利用改进的MC算法模拟了 SW系统的磁化行为,并用解析法求解。利用MC方法研究了二维手性螺旋磁体薄膜中自旋结构对角度的依赖关系。研究发现,当外磁场与薄膜法向间存在一定的角度时,Skyrmion通过改变自旋取向来扩大其存在的角度范围。此外,单轴各向异性对稳定扭曲的Skyrmion起到积极作用。研究了螺旋磁体纳米条带和正方形单层膜的磁化过程和微观磁结构,讨论了维度对自旋排列的影响,并分析了交换作用、偶极相互作用、单轴各向异性对磁结构的影响。得出:(1)只考虑交换作用和DM相互作用时,纳米条带的磁化过程与二维薄膜类似,但是受维度的限制,边界处形成大的稳定的涡旋环,其旋转方向与内部Skyrmion恰好相反,引起体系平均拓扑电荷的降低。(2)偶极相互作用的增加使外围涡旋区域增大,系统更难磁化,从而使Skyrmion存在的磁场区间变大,但是Skyrmion的数目显著减少。(3)在偶极相互作用和单轴各向异性的共同影响下,正方形薄膜的基态呈现出五种形式:Helix,Stripe,Edged Vortex,Intermediate和Vortex。当基态为Vortex或Stripe时,体系不会出现Skyrmion;其他基态中出现的Skyrmion的排列因受结构对称性的影响也呈对称排列。(4)单轴各向异性简化了磁化过程,使得很小的外磁场就能引起磁相的转变。
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