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华南先进光电子研究院秦明辉课题组本科生研究工作在国际物理类一流期刊发表

2020-01-06 08:43:09
科学研究

近日,华南先进光电子研究院秦明辉课题组2016级材料物理专业本科生李伟浩关于轴各向异性梯度驱动亚铁磁畴壁的研究工作被国际物理类一流期刊Physical Review B接受发表。论文题目为《Ultrafast domain wall motion in ferrimagnets induced by magnetic anisotropy gradient》。

畴壁作为一种磁性拓扑结构,可以用来记录储存信息,有望应用于下一代高密度、高速度自旋电子学器件如赛道存储器等。基于亚铁磁材料设计的器件,既具有与反铁磁相当的快速自旋动力学行为,又具备与铁磁材料类似的检测和操控材料磁序的实验可行性,为自旋电子器件的设计提供了更多的思路和机遇。因此,寻找一种更为节能高效的亚铁磁畴壁驱动手段成为当今设计自旋电子器件最重要的科学问题之一。

最近,实验和理论上都证实了可以通过调控电压在异质结磁性层中产生磁各向异性梯度。根据能量最低原理,磁各向异性梯度可以驱动亚铁磁畴壁到较小各向异性的一端。更为重要的是,这种电压调控的手段克服了传统电流驱动会产生大量焦耳热的弊端,在将来的器件设计开发中可能占据更有利的地位。因此,研究磁各向异性梯度驱动亚铁磁畴壁的动力学行为和内在机理变得尤为重要和急迫。

在秦明辉的指导下,李伟浩同学基于三维亚铁磁海森堡自旋模型,利用Landau-Lifshitz-Gilbert微磁学模拟和畴壁的集体坐标理论研究了亚铁磁畴壁在轴各向异性梯度下的动力学行为。研究表明:畴壁移动的速度及畴壁面进动角速度决定于亚铁磁体系的净自旋角动量;在动量补偿点(净自旋角动量为零)时亚铁磁畴壁的运动行为与反铁磁类似,不存在速度降低的Walker breakdown现象,畴壁驱动速度达到最大值;对于净自旋角动量非零的亚铁磁体系,可以通过设计相应的异质结结构来引入次各向异性和界面 Dzyaloshinkii-Moriya作用,用以提高体系Walker breakdown的阈值,从而在较宽的范围内实现亚铁磁畴壁的较高驱动效率。

该研究结果不仅提供了一种高效节能驱动畴壁的新手段,还理论预测了可能的应用材料,为将来实验工作的开展及自旋电子器件设计提供了重要理论指导。

大发快乐8首页秦明辉带领的科研小组近年来重点关注畴壁和斯格明子的动力学模拟研究,对华师本科生科研培养尤为重视,目前已获批广东省攀登计划重点项目和一般项目、大创国家级和省级项目合计近10项。小组本科生已累计在物理类著名SCI期刊发表一作论文20多篇,其中包括Physical Review B 6篇和New Journal of Physics 3篇等,相关研究成果获得 “挑战杯”广东大学生科技作品竞赛特等奖2项和一等奖1项等,学生获得十佳“砺儒学子”称号1人,获得国家奖学金3人,获得“校百优毕业生”6人。秦明辉表示,诚挚欢迎有志科研,踏实勤奋,努力上进的优秀本科生加入研究团队,共同学习进步,为学校物理学一流学科的大发快乐8首页做出贡献。

作者/通讯员:华南先进光电子研究院 | 来源:华南先进光电子研究院 | 编辑:杨柳青
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