[發(fā)明專利]磁性斯格明子的磁場驅(qū)動(dòng)方法

在審

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• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114496012A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢祥軍
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 黎揚(yáng)鵬

本發(fā)明公開了一種磁性斯格明子的磁場驅(qū)動(dòng)方法，包括提供微納磁體，向微納磁體注入磁疇壁和斯格明子，向微納磁體施加均勻磁場，其中均勻磁場具有垂直于微納磁體表面的分量，通過均勻磁場驅(qū)動(dòng)斯格明子與磁疇壁一起運(yùn)動(dòng)等步驟。本發(fā)明磁性斯格明子的磁場驅(qū)動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)了通過均勻磁場驅(qū)動(dòng)斯格明子，無需依賴自旋波、熱梯度或磁場梯度驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有技術(shù)不同的驅(qū)動(dòng)方式，無需通過復(fù)雜的過程構(gòu)建溫度梯度分布環(huán)境，可以使用更簡單的器件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對磁性斯格明子的均勻磁場驅(qū)動(dòng)。對微納磁體中的磁疇壁和斯格明子的類型不作限制，既適用于奈爾型磁疇壁/斯格明子，又適用于布洛赫型磁疇壁/斯格明子，應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于磁器件技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種磁性斯格明子的磁場驅(qū)動(dòng)方法。

背景技術(shù)

磁性斯格明子是一種軸對稱、渦旋形自旋織構(gòu)。由于具有整數(shù)拓?fù)浜桑判运垢衩髯颖憩F(xiàn)出新奇的電動(dòng)力學(xué)性質(zhì)：當(dāng)電子流過磁性斯格明子的時(shí)候?qū)@得一個(gè)貝里相位從而出現(xiàn)橫向偏轉(zhuǎn)，這可以通過拓?fù)浠魻栯娮铚y量出來；相應(yīng)地，在電子自旋轉(zhuǎn)移矩的作用下磁性斯格明子以偏離電流方向的某一夾角運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)斯格明子霍爾效應(yīng)。這兩種共軛效應(yīng)可用于檢測和操縱磁性斯格明子。通過操縱斯格明子，可以實(shí)現(xiàn)對編碼自旋電子器件(如賽道存儲(chǔ)器)中的數(shù)據(jù)位的讀寫等操作，因此對斯格明子的操縱和驅(qū)動(dòng)技術(shù)對計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。

目前，對斯格明子的操縱和驅(qū)動(dòng)技術(shù)中，最常用的方法是在金屬性磁體中采用電流或自旋流引起的自旋轉(zhuǎn)移矩或自旋軌道矩來驅(qū)動(dòng)磁性斯格明子。但是，在絕緣性磁體中基于電流的驅(qū)動(dòng)方法不再適用，可替代方案包括自旋波驅(qū)動(dòng)、熱梯度驅(qū)動(dòng)和磁場梯度驅(qū)動(dòng)。熱梯度驅(qū)動(dòng)本質(zhì)上是通過熱梯度激發(fā)的自旋波來驅(qū)動(dòng)斯格明子，所以實(shí)際上也屬于自旋波驅(qū)動(dòng)。自旋波驅(qū)動(dòng)方式需要自旋波穿過磁性斯格明子，當(dāng)斯格明子遠(yuǎn)離自旋波源時(shí)，因阻尼的作用，入射到斯格明子的自旋波強(qiáng)度將顯著衰減，不足以繼續(xù)驅(qū)動(dòng)斯格明子。另外，熱梯度驅(qū)動(dòng)方式需要在磁體中產(chǎn)生并控制溫度分布，對于微納器件，從技術(shù)上來說這是相當(dāng)棘手的問題。磁場梯度驅(qū)動(dòng)方式需要在磁性斯格明子所處位置施加一個(gè)局域的磁場梯度，并且該磁場梯度必須與斯格明子同步移動(dòng)，從應(yīng)用上來說，這將導(dǎo)致器件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，且其操作難度較大。

術(shù)語解釋：

FM：表示Ferromagnet，鐵磁材料；

HM：表示Heavy Metal，重金屬；

SK：表示skyrmion，斯格明子；

DW：表示domain wall，疇壁；

Dzyaloshinskii-Moriya相互作用：一種非對稱交換相互作用；

LLG：表示Landau-Lifshitz-Gilbert方程，也可以稱為朗道-利夫希茲-吉爾伯特方程；

Thiele方程：也可以稱為蒂勒方程。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前的相關(guān)技術(shù)對斯格明子的控制范圍小、溫度梯度分布實(shí)現(xiàn)難度大、器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜等至少一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁性斯格明子的磁場驅(qū)動(dòng)方法，包括：

提供微納磁體；

向所述微納磁體注入磁疇壁和斯格明子；

向所述微納磁體施加均勻磁場；所述均勻磁場具有垂直于所述微納磁體表面的分量；

通過所述均勻磁場驅(qū)動(dòng)所述斯格明子與所述磁疇壁一起運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述微納磁體內(nèi)包含Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。

進(jìn)一步地，所述微納磁體為界面誘導(dǎo)性手型磁體或本征手性磁體。

進(jìn)一步地，所述微納磁體為界面誘導(dǎo)性手型磁體，所述微納磁體由鐵磁材料層和重金屬層疊合而成。