マイクロ磁気に関する洞察

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13438 (2023) この記事を引用

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マイクロ磁気モデリングを利用して、360°全周期の面内磁化回転の未調査の特性と、その結果として生じる強磁性ナノワイヤに沿った磁化波の伝播を説明しました。 強磁性ストリップの一端でスピン振動を引き起こすことによって生成される磁化波は、ワイヤの端まで伝播します。 垂直スピントルク発振器 (STO) は、STO の一部でもある強磁性ストリップの一端で磁化回転を生成します。 私たちの結果は、磁気波の空間波長が増加する一方で、ワイヤーに沿ったスピンの振動周波数が優れた忠実度を維持することを示しています。 波の伝播の背後にある駆動機構は交換バネであることが判明しており、これによりスピントランスファートルク (STT) やスピンホール効果 (SHE) などの「キャリア」力を必要とせずに波の伝播が可能になります。 。 さらに、交換エネルギーの勾配が磁気波を前方に駆動し、面内および面外の異方性場がワイヤに沿ったスピン振動軌道の形状を支配することを実証します。 さらに、STO 端で発振を停止すると緩和後に波の伝播が停止し、STO の回転キラリティーを変えると逆の巻き数の磁壁が合体して消滅することを示します。

スピントロニクスにおける最近の進歩の多くには、磁化ダイナミクスを介した情報の輸送とデータの保存が含まれています1、2、3、4。 情報伝達に関する研究のほとんどは長波長のスピン波を利用していますが、磁化の円すい角が 10 未満である金属では、短いスピン拡散長やジュール発熱などの障害に直面しています 5,6,7,8,9\(^\circ \ ）。 これらの障害を克服するために、STT または SHE10 によるほぼ 90°の円錐角を持つ 360° の面内スピン歳差運動 (IP) への関心が高まっています。 このような励起を生成する実現可能な方法の 1 つは、STO を使用することです。 形状または結晶異方性により磁化された STO の自由層は、ソース励起を超えて一方向に拡張され、ナノワイヤ形状が確立されます。 STO 端の磁化は、垂直スピン流による STT 効果により 360° IP 回転を受け、ストリップ内で生成された磁化回転は、ソース領域を超えてストリップに沿って伝播します。 これまでの研究では、散逸状態または超流動状態でのホモキラル磁壁の動きとしての 360° IP 回転による波動伝播の概念が取り上げられてきましたが 11、12、13、14、15 ですが、私たちの研究は、次のような重要な未解決の疑問に取り組むことを目的としています。この波の伝播の背後にある原動力は何でしょうか？ ソース励起がオフになったり、その極性が切り替わったりするとどうなりますか? さらに、さまざまな条件下で波はどのように振る舞うのでしょうか? 波の巨視的特徴に加えて、反磁場を正確に考慮した場合に、北西内のある位置から別の位置への磁気振動の3D軌道を変更するIPと面外(OP)異方性磁場の相互作用についても説明しました。

平面異方性によって磁化が膜面内に閉じ込められた磁性薄膜の長いストリップを考えてみましょう。 ここで、角速度が一定の回転磁場がストリップの一端に局所的に印加され、ストリップの磁化がそれに伴って回転することを想像してみましょう。 このローテーションを達成するために STO を使用することを提案しているため、このエンドは残りの作業ではソースまたは STO エンドと呼ばれます。 図 1 は、拡張されたフリー層を備えた STO の回路図を示しています。 偏光子によってフィルタリングされた垂直スピンからの STT 効果により、STO 端の磁気モーメントが IP 回転すると、回転交換磁場を受けるため、隣接するモーメントも回転を開始します。 このプロセスはワイヤの終端まで続きます。 ストリップの端では、非常に高い減衰定数を考慮して沈下/完全な吸収を想定しているため、反射はありません。 STO 終了時の磁化回転の 1 サイクルは、空間的には完全なサイクルまたは 360° の磁壁 (DW) に変換されます。 システムが定常状態に達するまで、ソース磁化の継続的な回転に伴って、ホモキラル DW の数が増加してワイヤ内に詰め込まれます。 図 1 では、ソース磁化発振周波数は 1 GHz に設定されています。図 1b は、時間の経過に伴う最大 250 nm のワイヤの磁化方向の y 成分を示し、半周期の波の伝播を示しています。