雙層鐵磁系統(tǒng)中交換耦合式自旋動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、目前,鐵磁薄膜系統(tǒng)在現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域處于非常重要的地位,在磁性數(shù)據(jù)存儲到傳感器或磁隨機(jī)存儲器方面都得到了廣泛的應(yīng)用.對于器件而言,材料的低激發(fā)態(tài)性質(zhì)非常重要,當(dāng)外場感應(yīng)或進(jìn)行讀取數(shù)據(jù),材料內(nèi)部就會產(chǎn)生激發(fā).而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代磁性材料中的自旋翻轉(zhuǎn)速度由材料的本征激發(fā)決定.所以,對層狀磁性材料中的自旋激發(fā)的研究有助于理解系統(tǒng)的磁學(xué)性質(zhì).本文應(yīng)用界面重方法,采用非周期性邊界條件討論了兩層鐵磁薄膜中自旋波及其共振.
　　 首先,我們建立了

2、層狀體系中的統(tǒng)一微觀理論,具體將此理論應(yīng)用于兩層對稱的體系詳細(xì)研究了這種體系中的本征激發(fā),給出了體系中本征值存在的判據(jù).研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)界面是鐵磁耦合時(shí),體系的奇數(shù)支本征模(對稱模)與界面性質(zhì)無關(guān),而偶數(shù)支本征模(反對稱模)的能量隨界面交換作用參數(shù)的增加而增大；當(dāng)界面反鐵磁耦合時(shí),奇數(shù)支本征模(對稱模)的能量隨界面耦合參數(shù)的減小而減小,而偶數(shù)支本征模(反對稱模)的性質(zhì)與界面耦合無關(guān),并將計(jì)算結(jié)果與已有的結(jié)論進(jìn)行了對比,結(jié)果符合得很好.在

3、此基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步研究了界面交換作用對自旋波共振的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),界面鐵磁耦合體系中只有第一支本征模存在共振,其余所有的本征模都不存在共振；對于界面反鐵磁耦合體系,所有關(guān)于界面對稱的本征模都存在共振,除第一支本征模外,每支模的共振隨著界面交換作用參數(shù)的減小每支模的共振增強(qiáng).
　　 之后,我們又將理論應(yīng)用于兩層非對稱界面鐵磁耦合薄膜體系,詳盡地討論了體系的第一布里淵區(qū)的能帶精細(xì)結(jié)構(gòu).結(jié)果發(fā)現(xiàn),這種體系的能帶結(jié)構(gòu)可以看成是每一子層

4、獨(dú)立存在時(shí)能帶的“交疊”,實(shí)質(zhì)上并沒有完全交疊,而是因?yàn)閮蓪拥捏w交換作用和自旋的乘積不同以及兩層間又存在界面耦合而導(dǎo)致的結(jié)果.對于這樣的體系可能存在兩種能帶結(jié)構(gòu),一種是有帶隙(β<2／3,其中β=JBSB／JASA),一種是沒有帶隙(β>2／3).在此基礎(chǔ)上我們又進(jìn)一步討論了各種本征模在第一布里淵區(qū)的演化條件,主要包括光學(xué)界面模轉(zhuǎn)化為A層中的禁閉模,體模轉(zhuǎn)化為A層中的禁閉模,體模轉(zhuǎn)化為B層中的禁閉模和B層中的禁閉模轉(zhuǎn)化為帶隙中的界面模.

5、
　　 我們還進(jìn)一步討論了第一布里淵區(qū)的自旋波共振的演化,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在體模存在區(qū)域會存在多重共振峰,但峰值相對較弱,較強(qiáng)的共振尖峰可能出現(xiàn)在不同性質(zhì)的本征模轉(zhuǎn)化的臨界點(diǎn).
　　 對于兩層非對稱體系,我們進(jìn)一步研究了各向異性對本征值的影響.結(jié)果發(fā)現(xiàn),易軸型各向異性使得能量相對較高的能帶整體上移,而能量較低的能帶不動(dòng),這樣就使得兩帶的交疊區(qū)域變小,體模和光學(xué)界面模存在的區(qū)域變小,而使得禁閉模和帶隙中的界面模存在的區(qū)域變大,進(jìn)

6、而給出了在整個(gè)布里淵區(qū)存在帶隙的條件；對于給定參數(shù)的體系,自旋波的演化條件是不變的,自旋波共振的演化會發(fā)生改變.對于異面型各向異性,在我們討論的條件下,異面型各向異性使得能量相對高的能帶整體下移,而能量較低的能帶不動(dòng),這樣就使得兩帶的交疊區(qū)域變大,體模和光學(xué)界面模存在的區(qū)域變大,而使得原來禁閉模和帶隙中的界面模存在的區(qū)域變小,出現(xiàn)了兩種新的禁閉模；在此基礎(chǔ)上我們也給出了在整個(gè)布里淵區(qū)存在帶隙的條件；通過進(jìn)一步對自旋波共振的研究發(fā)現(xiàn),由于

7、特殊能帶結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),在整個(gè)布里淵區(qū)會存在雙共振尖峰.
　　 最后,我們建立了考慮表面各向異性的自旋波理論,并把理論應(yīng)用于最簡單的對稱體系進(jìn)行討論表面各向異性對體系本征值和自旋波共振的影響.結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)表面各向異性參數(shù)為正值時(shí),表面各向異性不影響每支本征模的傳播性質(zhì),當(dāng)表面各向異性參數(shù)為負(fù)值時(shí),能量最低的兩支體模轉(zhuǎn)化為聲學(xué)界面模；而且表面各向異性參數(shù)為正值時(shí),體模波長變短,而表面各向異性參數(shù)為負(fù)值時(shí),體模波長變長.此外,當(dāng)界面為鐵