类场矩诱导的可调零场自旋转移力矩纳米振荡器

自旋转移力矩纳米振荡器是一种直流驱动的新型纳米微波振荡器,因其易集成、尺寸小、频率调制范围宽等优点,成为未来射频收发器的理想器件.但是,自旋转移力矩纳米振荡器的稳定自激振荡需要外加磁场的条件限制了其应用.基于宏自旋模型(又称单自旋或单畴模型),利用Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程,理论上研究了类场矩和电流强度对垂直磁化的自由层磁矩的零场稳定自激振荡特性的影响.研究结果表明,当类场矩参数与自旋转移力矩参数的比值为负值且其绝对值大于某一数值时,自旋转移力矩纳米振荡器可以实现零场自激振荡,其物理机制可以通过能量平衡方程解释,并且这一临界比值依赖于该系统的阻尼系数和电流强度.尤其是,自旋转移力矩纳米振荡器的稳定自激振荡频率可以通过类场矩参数与自旋转移力矩参数的比值和电流强度的大小来调节,并且其类场矩的绝对值越大,施加的电流强度越小(大于临界电流强度),则越有利于抑制二次和三次自激振荡频率的形成,从而提高自旋转移力矩纳米振荡器的“单频”性.上述结果提供了一种实现频率可调的零场自旋转移力矩纳米振荡器的理论方案.

垂直点接触自旋霍尔纳米振荡器中自旋波动力学的微磁学模拟

基于微磁学模拟的方法,对垂直点接触自旋霍尔纳米振荡器(VNC-SHNO)中自旋波的激发和其非线性动力行为随电流、磁场及角度的依赖关系进行了详细的数值模拟研究.首先研究了纳米振荡器的频谱特性随激发电流的变化的关系,发现在低电流下,其频谱在远低于铁磁共振频率f_(FMR)处出现一个自旋相干性很好的振荡峰f_(1)以及几个高阶谐波峰,且其频率随电流增加表现出明显的红移;而在高电流下,其频谱除了出现低频f_(1)峰以外,在接近f_(FMR)处还出现了一个高频峰f_(2),但其频率几乎不随激发电流变化.其次,通过振荡模式的功率谱的空间分布图,发现f_(1)是局域在点接触边界的一类非线性“子弹”型自旋孤波,而f_(2)是分布在局域模f_(1)外围的一类准线性传播型自旋波.最后,还细致研究了外加磁场强度及外加磁场面外角度对自旋霍尔纳米振荡器中这两类自旋波的激发和调控规律,为下一步实验研究该器件的非线性动力特性及其在非线性逻辑计算中的应用提供了理论基础.

自旋纳米振荡器

自旋纳米振荡器是基于磁电阻效应和自旋转移力矩效应的一种新型纳米微波器件.它具有结构简单、尺寸小、频率调制范围宽、工作温度范围宽、以及工作电压低且易于集成等特点,在无线通讯、微波源和微波检测等领域具有广阔应用前景.自2003年首次在实验上实现后,实验技术迅速突破,引起了学术界和产业界的广泛关注.本文首先简要介绍自旋纳米振荡器的基本工作原理,然后结合我们的研究工作回顾近几年的实验研究进展,并讨论面临的挑战及展望可能解决的途径.

自旋霍尔纳米振荡器的非线性动力学及其应用

自旋霍尔纳米振荡器利用电流产生的自旋轨道力矩驱动磁性薄膜中磁矩进行高频进动,能在微纳尺度下实现全电学调控的相干自旋波和微波信号,是一类新型的纳米自旋电子学器件,在信息存储、处理和通信方面具有广泛的应用前景。基于强自旋轨道矩效应,人们近期在各类铁磁/非磁重金属构成的双层薄膜结构中,已实现了多种不同自旋波模式的电学激发和调控,并对其复杂的非线性动力学特性进行了深入的探究。基于这些前期的研究结果与最新的进展,我们在本综述中对“对三角”结构的纳米间隙型、“蝴蝶结”型、纳米线型、垂直纳米点接触型以及阵列等具有各类器件结构的自旋霍尔纳米振荡器所体现出来的丰富非线性动力学特性进行了详细讨论与归纳,并对其在新型低能耗量子磁振子自旋器件和非冯诺依曼架构的自旋型人工神经网络计算方面的潜在应用也进行了探讨。

基于斯格明子的自旋转移矩纳米振荡器的微磁学模拟

最近,人们发现了一种性能优良的新型磁性结构——斯格明子,为了解决传统微波发生器件能耗高、频谱窄等一系列问题,人们提出设计一种基于磁性斯格明子的自旋纳米振荡器。该器件的研发还处于理论设计阶段,因此有必要对斯格明子在器件中的产生及振荡机制进行研究。本文采用微磁学模拟方法,探究了极化电流密度以及DMI(Dzyaloshinkii-Moriya interaction)对斯格明子成核的影响规律。着重模拟了单个斯格明子在纳米圆盘中的振荡行为,并总结了电流密度以及DMI对斯格明子进动频率以及进动半径的影响。最后,探索了斯格明子个数对振荡器输出频率的影响,以期对该器件的研发提供理论预测和指导。