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Influence of spin–orbit coupling on spin-polarized electronic transport in magnetic semiconductor nanowires with nanosized sharp domain walls
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作者 Lian Liu Wen-Xiang Chen +1 位作者 Rui-Qiang Wang Liang-Bin Hu 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期384-390,共7页
Influence of spin–orbit coupling on spin-polarized electronic transport in magnetic semiconductor nanowires with nanosized sharp domain walls is investigated theoretically.It is shown that the Rashba spin–orbit coup... Influence of spin–orbit coupling on spin-polarized electronic transport in magnetic semiconductor nanowires with nanosized sharp domain walls is investigated theoretically.It is shown that the Rashba spin–orbit coupling can enhance significantly the spin-flip scattering of charge carriers from a nanosized sharp domain wall whose extension is much smaller than the carrier's Fermi wavelength.When there are more than one domain wall presented in a magnetic semiconductor nanowire,not only the spin-flip scattering of charge carriers from the domain walls but the quantum interference of charge carriers in the intermediate domain regions between neighboring domain walls may play important roles on spin-polarized electronic transport,and in such cases the influences of the Rashba spin–orbit coupling will depend sensitively both on the domain walls' width and the domain walls' separation. 展开更多
关键词 magnetic semiconductor nanowires domain wall spin-orbit coupling spin-polarized electronic transport
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铁磁畴壁中自旋极化电流诱导的左旋极化自旋波
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作者 刘想 王希光 +1 位作者 李志雄 郭光华 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第14期222-227,共6页
极化指的是波偏振的方式,是波的一个基本性质.利用波的极化可以进行信息的编码,这一编码方式在光学和声学中得到广泛应用.利用自旋波进行信息的传递和处理是磁子学的主要研究课题.然而在铁磁材料中,由于只存在右旋极化的自旋波,利用波... 极化指的是波偏振的方式,是波的一个基本性质.利用波的极化可以进行信息的编码,这一编码方式在光学和声学中得到广泛应用.利用自旋波进行信息的传递和处理是磁子学的主要研究课题.然而在铁磁材料中,由于只存在右旋极化的自旋波,利用波的极化进行信息的编码在铁磁自旋波器件中始终没有实现.前期研究发现,通过自旋极化电流可以在铁磁体中产生左旋极化自旋波,从而有望实现利用极化编码的自旋波器件.然而在一个均匀磁化铁磁体中产生左旋极化自旋波所需的电流密度过大,实验上难以实现.磁畴壁可作为自旋波波导,且畴壁中自旋波的截止频率趋近于零.本文从朗道-栗弗席兹方程出发,研究了在自旋极化电流存在的条件下磁畴壁中自旋波的色散关系和传播特性,证明只需要很小的自旋极化电流就可在畴壁中产生稳定的左旋极化自旋波.微磁学模拟证明了理论分析结果.该项研究为研制基于极化编码信息的自旋波器件提供了一个实际可行的方案. 展开更多
关键词 自旋波 磁畴壁 自旋极化电流 微磁学
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磁畴壁拓扑结构研究进展
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作者 张颖 李卓霖 沈保根 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期57-68,共12页
拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同... 拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点,严重阻碍了其在实际器件中的应用,因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键.本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来,利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作.首次在范德瓦耳斯Fe_(5–x)GeTe_(2)二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链,研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为,揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制.在该机制指导下,设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜,不仅获得了磁畴壁麦纫,验证了生成机制的普适性,还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变,开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展拓扑磁性物态探索和研究的新方向. 展开更多
关键词 磁畴壁麦纫 磁畴壁斯格明子 自旋重取向 洛伦兹透射电子显微镜 二维磁性材料
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Dynamics of magnetization in ferromagnet with spin-transfer torque
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作者 李再东 贺鹏斌 刘伍明 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第11期1-26,共26页
We review our recent works on dynamics of magnetization in ferromagnet with spin-transfer torque. Driven by constant spin-polarized current, the spin-transfer torque counteracts both the precession driven by the effec... We review our recent works on dynamics of magnetization in ferromagnet with spin-transfer torque. Driven by constant spin-polarized current, the spin-transfer torque counteracts both the precession driven by the effective field and the Gilbert damping term different from the common understanding. When the spin current exceeds the critical value, the conjunctive action of Gilbert damping and spin-transfer torque leads naturally the novel screw-pitch effect characterized by the temporal oscillation of domain wall velocity and width. Driven by space- and time-dependent spin-polarized current and magnetic field, we expatiate the formation of domain wall velocity in ferromagnetic nanowire. We discuss the properties of dynamic magnetic soliton in uniaxial anisotropic ferromagnetic nanowire driven by spin-transfer torque, and analyze the modulation instability and dark soliton on the spin wave background, which shows the characteristic breather behavior of the soliton as it propagates along the ferromagnetic nanowire. With stronger breather character, we get the novel magnetic rogue wave and clarify its formation mechanism. The generation of magnetic rogue wave mainly arises from the accumulation of energy and magnons toward to its central part. We also observe that the spin-polarized current can control the exchange rate of magnons between the envelope soliton and the background, and the critical current condition is obtained analytically. At last, we have theoretically investigated the current-excited and frequency-adjusted ferromagnetic resonance in magnetic trilayers. A particular case of the perpendicular analyzer reveals that the ferromagnetic resonance curves, including the resonant location and the resonant linewidth, can be adjusted by changing the pinned magnetization direction and the direct current. Under the control of the current and external magnetic field, several magnetic states, such as quasi-parallel and quasi-antiparallel stable states, out-of-plane precession, and bistable states can be realized. The precession frequency can be expressed as a function of the current and external magnetic field. 展开更多
关键词 spin-transfer torque domain wall SOLITON ferromagnetic resonance
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Nanoscale control of low-dimensional spin structures in manganites
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作者 王静 Iftikhar Ahmed Malik +3 位作者 梁仁荣 黄文 郑仁奎 张金星 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第6期45-52,共8页
Due to the upcoming demands of next-generation electronic/magnetoelectronic devices with low-energy consumption,emerging correlated materials(such as superconductors,topological insulators and manganites) are one of... Due to the upcoming demands of next-generation electronic/magnetoelectronic devices with low-energy consumption,emerging correlated materials(such as superconductors,topological insulators and manganites) are one of the highly promising candidates for the applications.For the past decades,manganites have attracted great interest due to the colossal magnetoresistance effect,charge-spin-orbital ordering,and electronic phase separation.However,the incapable of deterministic control of those emerging low-dimensional spin structures at ambient condition restrict their possible applications.Therefore,the understanding and control of the dynamic behaviors of spin order parameters at nanoscale in manganites under external stimuli with low energy consumption,especially at room temperature is highly desired.In this review,we collected recent major progresses of nanoscale control of spin structures in manganites at low dimension,especially focusing on the control of their phase boundaries,domain walls as well as the topological spin structures(e.g.,skyrmions).In addition,capacitor-based prototype spintronic devices are proposed by taking advantage of the above control methods in manganites.This capacitor-based structure may provide a new platform for the design of future spintronic devices with low-energy consumption. 展开更多
关键词 MANGANITES spin structures NANOSCALE phase boundary domain wall SKYRMION spintronic device CAPACITOR
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CoFeB纳米带中自旋波驱动横向畴壁移动动力学研究
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作者 纪越 王旭 +1 位作者 张德林 姜勇 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期3128-3133,共6页
CoFeB具有较大的饱和磁化强度和较低的阻尼系数,适合制备可控畴壁移动器件。通过微磁模拟,探究CoFeB纳米带中自旋波与横向畴壁间的动力学相互作用。模拟结果表明畴壁移动的速度和方向不仅受到自旋波频率的影响,而且和外加磁场强度、纳... CoFeB具有较大的饱和磁化强度和较低的阻尼系数,适合制备可控畴壁移动器件。通过微磁模拟,探究CoFeB纳米带中自旋波与横向畴壁间的动力学相互作用。模拟结果表明畴壁移动的速度和方向不仅受到自旋波频率的影响,而且和外加磁场强度、纳米带宽度等参数密切相关。当自旋波频率较低时畴壁难以被驱动,随着自旋波频率的升高,畴壁开始移动且移动方向与自旋波的传播方向相反。随着外加磁场强度的增大,畴壁反向移动速度先增大后减小,直至变为正向移动。当自旋波频率高于7 GHz时,畴壁的移动方向与自旋波的传播方向相同,并且畴壁速度随自旋波频率的变化呈现多峰结构,最大速度为384 m/s。畴壁正向移动时,其速度随外加磁场强度的增加逐渐变大。当纳米带的宽度增加时,畴壁有效场的不均匀性和质量都会增大,使畴壁移动的最大速度先增大后减小。使用CoFeB纳米带可以有效提高畴壁的移动速度,并且外加磁场强度与纳米带宽度对畴壁速度有显著的影响,为优化器件性能提供了新思路。 展开更多
关键词 自旋波 钴铁硼纳米带 横向畴壁 纳米带宽度 透射系数
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自旋波辅助对电流驱动磁畴壁移动的影响及其物理机理
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作者 龚光剑 胡经国 《磁性材料及器件》 CAS 2023年第5期7-11,共5页
通过微磁学模拟方法研究了长直线磁性纳米带中,自旋波辅助电流驱动磁畴壁移动的相关规律及其物理机制。结果显示,在小电流情形下,自旋波辅助能有效增高电流驱动磁畴壁移动速度,其移动速度随自旋波振幅的增大近似线性增大,随自旋波频率... 通过微磁学模拟方法研究了长直线磁性纳米带中,自旋波辅助电流驱动磁畴壁移动的相关规律及其物理机制。结果显示,在小电流情形下,自旋波辅助能有效增高电流驱动磁畴壁移动速度,其移动速度随自旋波振幅的增大近似线性增大,随自旋波频率的增高呈现多峰非单调增大;但在大电流情形下,自旋波辅助对电流驱动磁畴壁移动速度的影响较小。进一步研究发现,施加的自旋波不仅驱动磁畴壁移动还能有效增强磁畴壁的垂直磁化强度,其垂直磁化强度的增幅随施加电流的增大而减小;另一方面,电流驱动磁畴壁移动的速度正比于磁畴壁的垂直磁化强度,因此自旋波辅助在小电流情形下能显著增大磁畴壁移动的速度,而大电流情形下,其增幅较小。 展开更多
关键词 微磁学模拟 磁畴壁移动 电流驱动 自旋波辅助
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旋量玻色-爱因斯坦凝聚体拓扑性质的研究进展 被引量:3
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作者 王力 刘静思 +4 位作者 李吉 周晓林 陈向荣 刘超飞 刘伍明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期1-18,共18页
实现玻色-爱因斯坦凝聚的原子大多具备内部自旋自由度,在光势阱下原子内部自旋被解冻,从而使原子可以凝聚到各个超精细量子态上,形成旋量玻色-爱因斯坦凝聚体.灵活的自旋自由度成为体系相关的动力学变量,可以使体系出现新奇的拓扑量子态... 实现玻色-爱因斯坦凝聚的原子大多具备内部自旋自由度,在光势阱下原子内部自旋被解冻,从而使原子可以凝聚到各个超精细量子态上,形成旋量玻色-爱因斯坦凝聚体.灵活的自旋自由度成为体系相关的动力学变量,可以使体系出现新奇的拓扑量子态,如自旋畴壁、涡旋、磁单极子、斯格明子等.本文综述了旋量玻色-爱因斯坦凝聚的实验和理论研究,旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中拓扑缺陷的种类,以及两分量、三分量玻色-爱因斯坦凝聚体中拓扑缺陷的研究进展. 展开更多
关键词 旋量玻色-爱因斯坦凝聚体 自旋畴壁 涡旋 斯格明子 磁单极子
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磁性金属纳米结构的畴壁特性与磁逻辑电路构筑 被引量:1
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作者 顾长志 徐鹏 +4 位作者 姚宗妮 姜倩晴 杨海方 李俊杰 夏钶 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2011年第3期185-197,共13页
自旋电子学由于其丰富的物理内涵和广泛的应用前景受到学术界和工业界的高度重视,成为近年来凝聚态物理和信息技术领域关注的焦点。本文介绍了利用磁性金属纳米结构实现作为自旋电子器件基础的自旋注入的方法,特别涉及利用铁磁金属纳米... 自旋电子学由于其丰富的物理内涵和广泛的应用前景受到学术界和工业界的高度重视,成为近年来凝聚态物理和信息技术领域关注的焦点。本文介绍了利用磁性金属纳米结构实现作为自旋电子器件基础的自旋注入的方法,特别涉及利用铁磁金属纳米点接触结构钉扎磁畴的特点,研究自旋极化电流与磁畴壁的相互作用规律,理解纳米结构中畴壁的动力学行为,并以此为基础构筑结构简单、性能优异的全金属磁逻辑电路,从而实现了由电信号驱动,通过电信号检测,并与CMOS技术兼容的目的。 展开更多
关键词 纳米点接触结构 磁畴壁 自旋电子输运 磁逻辑电路
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自旋转移力矩诱导圆柱形纳米线中横向畴壁铁磁共振
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作者 尹尧尧 李志雄 +2 位作者 王希光 聂耀庄 郭光华 《材料导报(纳米与新材料专辑)》 EI CAS 2015年第2期138-141,共4页
通过微磁学模拟方法,研究了在交变自旋极化电流诱导下圆柱形纳米线中横向畴壁(TDW)的本征振荡模式。确定了畴壁的几种局域模式,并相应给出了它们的空间振荡分布。当电流方向垂直畴壁时,激发的模式是局域的体驻波模式、表面模式和表面驻... 通过微磁学模拟方法,研究了在交变自旋极化电流诱导下圆柱形纳米线中横向畴壁(TDW)的本征振荡模式。确定了畴壁的几种局域模式,并相应给出了它们的空间振荡分布。当电流方向垂直畴壁时,激发的模式是局域的体驻波模式、表面模式和表面驻波模式。对于体驻波模式,振荡区域主要分布在畴壁两边和中心,而表面模式和表面驻波模式主要集中在圆柱表面。这些模式的局域化和空间分布与畴壁总内部场分布的不均匀性有着密切的关系。当电流方向平行畴壁时,畴壁的厚度振荡模式(呼吸模式)被激发出来,而且观测到一种新的厚度模式(表面厚度模式)。另外在畴壁中心的圆周表面上,形成了表面模式和表面驻波模式。 展开更多
关键词 磁畴壁铁 磁共振 自旋波 自旋转移力矩 微磁学模拟 磁纳米线
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固体物理教学的若干思考Ⅱ:磁学前沿案例 被引量:3
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作者 袁喆 《大学物理》 2021年第4期1-5,18,共6页
固体物理学是物理学本科教育的一门核心课程,其内容紧密联系凝聚态物理研究前沿.在教学中引入适当的前沿进展,可以拓展学生的学术视野,激发深入学习和参与研究的动力.本文结合固体物理中的铁磁性章节,选择铁磁金属中磁畴壁导致的电阻作... 固体物理学是物理学本科教育的一门核心课程,其内容紧密联系凝聚态物理研究前沿.在教学中引入适当的前沿进展,可以拓展学生的学术视野,激发深入学习和参与研究的动力.本文结合固体物理中的铁磁性章节,选择铁磁金属中磁畴壁导致的电阻作为一个典型案例,引导学生整合能带论、微扰论和输运现象等基础知识,分析磁畴壁中的自旋相关输运问题,从而将自旋电子学的前沿研究融入固体物理教学中,为打造具有高阶性、创新性和挑战度的固体物理课程提供参考. 展开更多
关键词 固体物理学 固体的磁性 自旋相关输运 磁畴壁
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基于布洛赫型类畴壁的纳米尺度高速磁振子波导:模型与仿真分析
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作者 高雷森 钟智勇 《磁性材料及器件》 CAS CSCD 2020年第1期1-4,49,共5页
提出利用硬磁层和软磁层间的强交换耦合作用形成布洛赫型类畴壁通道来传输自旋波。微磁模拟的结果表明,0~80 GHz频率下激发的自旋波被有效地限制在波导的传输通道内。而且,根据25 GHz下激发的自旋波的传输特性,发现这种结构的波导与通... 提出利用硬磁层和软磁层间的强交换耦合作用形成布洛赫型类畴壁通道来传输自旋波。微磁模拟的结果表明,0~80 GHz频率下激发的自旋波被有效地限制在波导的传输通道内。而且,根据25 GHz下激发的自旋波的传输特性,发现这种结构的波导与通常奈尔型畴壁磁振子波导相比,自旋波传输速度更快,传输的通道更小型化。这项工作为设计纳米级高自旋波传输速度的磁振子波导及器件提供了一种新的可行方法。 展开更多
关键词 自旋波 波导 畴壁 交换耦合作用 纳米尺度
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不同温度下Nd_2Fe_(14)B永磁体畴壁中磁矩的转向公式
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作者 赵素芬 韦韧 向鹏 《吉林工学院学报(自然科学版)》 2001年第1期28-30,共3页
考虑二级磁晶各向异性常数 ,精确地推导出了自旋重取向温度以上的Nd2 Fe14 B磁体 180°畴壁中磁矩的转向公式和自旋重取向温度以下的Nd2 Fe14 B磁体畴壁中磁矩的转向公式。这些公式也适用于具有类似Nd2 Fe14 B结构和性质的其它永磁体。
关键词 稀土永磁体 畴壁 磁矩 磁晶各向异性 交换作用 自旋重取向
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磁子自旋转移力矩驱动的畴壁纳米振荡器
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作者 范明明 颜明 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第21期3185-3190,共6页
自旋纳米振荡器是一种新型的自旋电子学器件,与传统的半导体振荡器相比,具有尺寸小、调频范围宽、易集成等优点.以往的自旋纳米振荡器通常是由自旋极化电流通过自旋转移力矩效应进行驱动.本文提出一种可能的由自旋波驱动的纳米振荡器的... 自旋纳米振荡器是一种新型的自旋电子学器件,与传统的半导体振荡器相比,具有尺寸小、调频范围宽、易集成等优点.以往的自旋纳米振荡器通常是由自旋极化电流通过自旋转移力矩效应进行驱动.本文提出一种可能的由自旋波驱动的纳米振荡器的设计方案.我们的微磁学模拟结果表明,圆柱形铁磁纳米线中的钉扎畴壁在自旋波的驱动下可以发生持续进动.畴壁进动频率在GHz量级,与透射自旋波振幅呈正相关,与材料的阻尼系数呈负相关.畴壁的进动方向由自旋波的传播方向及畴壁类型决定.基于磁子自旋转移力矩效应建立的理论模型可以定量解释圆柱形纳米线中自旋波驱动的钉扎畴壁的动力学性质.这一发现原则上为铁磁纳米结构中自旋波的输出提供了一条新的途径,对于发展未来自旋电子学器件具有潜在的应用价值. 展开更多
关键词 自旋波 畴壁 微磁学模拟 磁子自旋传递力矩 纳米振荡器
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基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动
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作者 赵阳 任传童 +4 位作者 孟德全 王瑞龙 罗为 张悦 梁世恒 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期524-531,共8页
通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的... 通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的区别于传统型自旋轨道力矩对磁畴的驱动行为.我们利用微磁学模拟研究了自旋流中类Rashba的Sy、类Dresselhaus的Sx和垂直于膜面的S_(z)三种自旋极化下自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动,阐明了对布洛赫畴壁(Bloch wall)、奈尔畴壁(Néel wall)和头对头畴壁(head-to-head wall)的驱动及畴壁性质的影响,探究了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下磁畴壁运动中倾斜角的影响.本文对于理解基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动具有一定意义,可为新型自旋电子器件的开发和应用提供物理基础. 展开更多
关键词 自旋电子学 自旋轨道力矩 磁畴壁运动 电荷-自旋转换
原文传递
基于铁磁金属纳米点接触结构的全金属逻辑电路
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作者 杨海方 徐鹏 +3 位作者 唐令 李俊杰 夏钶 顾长志 《物理》 CAS 北大核心 2008年第10期691-696,共6页
电流在铁磁金属中可以用来驱动磁畴壁,从而可以进行信息的读写.然而,具体如何在器件中实现并不清楚.文章作者利用纳米加工技术制作出铁磁金属纳米点接触结构和逻辑电路,并对纳米结构中畴壁的输运性质和逻辑电路特性进行了研究.发现了铁... 电流在铁磁金属中可以用来驱动磁畴壁,从而可以进行信息的读写.然而,具体如何在器件中实现并不清楚.文章作者利用纳米加工技术制作出铁磁金属纳米点接触结构和逻辑电路,并对纳米结构中畴壁的输运性质和逻辑电路特性进行了研究.发现了铁磁纳米点接触结构在电流驱动下存在的高阻态及低阻态,通过设计不同形状的点接触结构,用电学测量方法验证了畴壁在自旋极化电流作用下的移动方向与电流方向的关系.并基于电流控制点接触电阻变化的结果,制作出能够实现逻辑"非"功能的全金属逻辑电路,实现了电路的电信号驱动和利用电信号的检测功能. 展开更多
关键词 畴壁电阻 自旋电子输运 纳米点接触 全金属逻辑电路
原文传递
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