磁性自旋阀磁化翻转的微磁模拟

摘要

磁性多层膜结构中的巨磁电阻效应(GMR)已被广泛应用到信息存储、磁性传感器、微波激发等领域。特别是新近在纳米GMR小器件中发现的自旋传输矩效应，打破了传统方法采用的用磁场来改变或翻转薄膜材料的磁化方向的方法，丌创性地采用自旋极化电流直接实现磁矩反转或激发自旋波。本论文主要完成了两个研究工作，具体如下： 在第三章中，基于Landau-Lifshitz-Gilbert方程，通过采用微磁模拟技术，我们研究了垂直极化的磁性自旋阀三明治纳米柱结构中，自旋极化电流所激发的自旋波特性。发现在小电流下，自旋阀自由层沿平面方向的磁化强度有两个共存稳态；随着电流的增大，出现周期性振荡的自旋波，其频率随极化电流的增大可达到几十GH<,z>，并且出现台阶式的增长趋势；同时发现所激发的自旋波的频率的功率谱出现了奇倍频现象；随着自由层厚度的增加，自旋波频率减小。再继续增大电流，会激发一种具有混沌行为的自旋波。 在第四章中，我们研究和设计了一种高磁场用的磁电阻传感器。该传感器的钉扎层采用垂直于膜面磁化的L10-FePt薄膜，感应层(即自由层)采用膜面内磁化的软磁NiFe薄膜材料。我们模拟了钉扎层和感应层的磁化矢量随外磁场的转动过程。计算显示，该传感器的磁场感应范围可提升到一个特斯拉范围。我们发现，钉扎层的矫顽力和感应层的退磁场决定着该传感器的正负磁场感应窗是否对称。文章的最后给出了简要的总结和展望。

目录

文摘

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第1章引言

1.1磁性多层膜中的GMR及TMR效应

1.2自旋传输力矩(spin-transfer torque)效应

1.3巨磁电阻(GMR)传感器

1.4本文的工作

第二章微磁学基础

2.1无阻尼情况下，磁化强度的运动方程

2.2有阻尼情况下，磁化强度的运动方程

2.2.1 LLG方程的基本形式

2.2.2 含有自旋转移矩效应的LLG方程

2.2.3 LLG方程中有效场的计算

第三章在PERP模型中自旋极化电流诱导的微波激发

3.1引言

3.2微磁模拟模型

3.3电流的影响

3.3.1稳态

3.3.2周期性振荡状

3.3.3混沌状态

3.3.4自旋波频率的变化

3.4铁磁膜厚度的影响

第四章采用垂直于膜面磁化的巨磁电阻传感器的微磁模拟研究

4.1引言

4.2微磁模拟模型

4.3微磁模拟结果及分析讨论

4.3.1微磁模拟结果

4.3.2分析与讨论

4.3.3对称的磁感应窗

第五章结论和工作展望

5.1本文的主要结论

5.2工作展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果