Approfondimenti micromagnetici sull'in

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13438 (2023) Citare questo articolo

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Utilizzando la modellazione micromagnetica, abbiamo spiegato le caratteristiche non esplorate della rotazione di magnetizzazione nel piano a ciclo completo di 360° e la risultante propagazione di un'onda di magnetizzazione lungo un nanofilo di ferromagnete. L'onda di magnetizzazione, generata innescando l'oscillazione dello spin su un'estremità di una striscia ferromagnetica, si propaga fino all'estremità del filo. Un oscillatore di coppia di rotazione perpendicolare (STO) potrebbe generare una rotazione di magnetizzazione su un'estremità della striscia ferromagnetica che fa anche parte della STO. I nostri risultati dimostrano che la frequenza di oscillazione degli spin lungo il filo mantiene un’eccellente fedeltà mentre aumenta la lunghezza d’onda spaziale dell’onda magnetica. Si è scoperto che il meccanismo motore dietro la propagazione dell'onda sono le molle di scambio, che consentono la propagazione dell'onda senza la necessità di una forza "portante", come la coppia di trasferimento di spin (STT) o l'effetto Hall di spin (SHE). . Inoltre, dimostriamo che il gradiente dell'energia di scambio spinge in avanti l'onda magnetica, mentre i campi di anisotropia dentro e fuori il piano governano la forma delle traiettorie di oscillazione dello spin lungo il filo. Inoltre, mostriamo che l'arresto dell'oscillazione all'estremità STO fa sì che l'onda cessi la propagazione dopo il rilassamento e l'alterazione della chiralità rotazionale STO porta alla fusione e all'annientamento delle pareti dei domini con numeri di avvolgimento opposti.

Gran parte dei recenti progressi nel campo della spintronica riguardano il trasporto di informazioni e l'archiviazione di dati tramite dinamiche di magnetizzazione1,2,3,4. La maggior parte dei lavori sul trasporto delle informazioni utilizzano onde di spin a lunga lunghezza d'onda, che affrontano ostacoli come la lunghezza di diffusione dello spin corto e il riscaldamento joule5,6,7,8,9 nei metalli in cui l'angolo del cono di precessione della magnetizzazione è inferiore a 10\(^\circ \ ). Per superare questi ostacoli, c’è stato un crescente interesse per la precessione di rotazione in piano (IP) a 360° con un angolo del cono di quasi 90° tramite STT o SHE10. Uno dei modi fattibili per produrre tale eccitazione è utilizzare una STO. Lo strato libero di un STO, IP magnetizzato a causa della forma o dell'anisotropia cristallina, si estende oltre l'eccitazione della sorgente in una direzione per creare una geometria di nanofili. La magnetizzazione all'estremità STO subisce una rotazione IP di 360° a causa dell'effetto STT della corrente di spin perpendicolare e la rotazione di magnetizzazione generata nella striscia si propaga lungo la striscia oltre la regione della sorgente. Mentre studi precedenti hanno affrontato il concetto di propagazione delle onde mediante rotazione IP di 360° come movimento delle pareti del dominio omochirale in uno stato dissipativo o superfluido11,12,13,14,15, la nostra ricerca mira ad affrontare domande cruciali senza risposta come: cosa è la forza trainante dietro questa propagazione delle onde? Cosa succede quando l'eccitazione della sorgente viene disattivata o la sua polarità viene invertita? Inoltre, come si comporta l'onda nelle varie condizioni? Oltre alle caratteristiche macroscopiche dell'onda, abbiamo anche spiegato l'interazione dei campi di anisotropia IP e fuori piano (OP) che modificano la traiettoria 3D dell'oscillazione magnetica da una posizione all'altra nel nord-ovest quando si tiene conto accuratamente del campo di smagnetizzazione.

Consideriamo una lunga striscia di film magnetico sottile con magnetizzazione confinata all'interno del piano del film dall'anisotropia piana. Ora, immaginiamo che un campo magnetico rotante con velocità angolare costante sia applicato localmente a un'estremità della striscia in modo tale che la magnetizzazione della striscia ruoti insieme ad essa. Questa estremità viene definita origine o estremità STO nel resto del lavoro poiché proponiamo di utilizzare STO per ottenere questa rotazione. La Figura 1 mostra lo schema della STO con uno strato libero esteso. Quando i momenti magnetici all'estremità STO ruotano IP a causa dell'effetto STT dello spin perpendicolare filtrato dal polarizzatore, anche i momenti vicini iniziano a ruotare, poiché sperimentano un campo magnetico di scambio rotante. Questo processo continua fino alla fine del filo. Alla fine della striscia assumiamo un assorbimento/assorbimento perfetto considerando una costante di smorzamento molto elevata, quindi non c'è riflessione. Un ciclo di rotazione della magnetizzazione alla fine della STO nel tempo si traduce spazialmente in un ciclo completo o in una parete di dominio (DW) a 360°. Un numero crescente di DW omochirali si accumula nel filo con la rotazione continua della magnetizzazione della sorgente fino a quando il sistema raggiunge uno stato stazionario. La frequenza di oscillazione della magnetizzazione della sorgente è impostata a 1 GHz per la Fig. 1. La Figura 1b mostra la componente y dell'orientamento della magnetizzazione del filo fino a 250 nm con il tempo, mostrando la propagazione dell'onda per mezzo periodo.