[发明专利]一种二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法

说明书

本发明所涉及的二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法，包括：在软件中对二维磁性材料的简立方晶体进行模拟取其单层简立方晶体原子进行计算，以单层简立方晶体的中心原子为坐标系原点建立空间向量坐标系，并且标记每一个原子的坐标。将距离所述中心原子最近的原子进行矢量处理，得出DM作用的哈密顿量，基于公式得出基于得出对所述磁性材料中所有原子的磁化强度进行矢量求和，即可得出材料整体的磁化强度的方向。

技术领域

本发明涉及一种磁性材料动力学过程模拟计算领域，具体涉及一种二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法。

背景技术

自旋电子学是通过操纵电子自旋进行数据传输、处理和存储的新兴科学。在这一领域，对磁化强度的动力学过程的研究，可以直接反映出磁化强度的转动、翻转、以及分布情况，是数据读写及稳定性研究的重要内容。

近年来，DM(Dzyaloshinskii-Moriya)相互作用被广泛研究，这一作用的主要效应是使得相邻磁化强度趋向于互相垂直排列，这一效应与海森堡交换作用共同影响，被认为是产生磁性斯基明子的起源。而磁性斯基明子因其重要的拓扑效应，是自旋电子学中新型的数据存储、处理与传输的方法，具有巨大的应用价值。所以理解和控制DM作用的效果对下一代自旋电子学逻辑与器件的发展有很大的帮助。传统的计算方法是微磁学模拟，即通过数值解朗道-利夫希兹-吉尔伯特方程(Landau-Lifshitz-Gilbert，LLG方程)，方程形式如下：为基本计算单位的磁化强度，α为吉尔伯特阻尼系数，t为时间，为有效场，γ为旋磁比，该方程描述了磁化强度在有效场的作用下进行进动的过程。其中，有效场包括海森堡直接交换作用有效场、磁各向异性有效场、外磁场、退磁场、也包括DM作用有效场。

然而微磁学方法将若干个原子磁矩总和作为一个具有固定长度的磁化强度矢量来计算其进动过程，将DM有效场处理成有效场梯度，这一方法使得原子量级精细磁结构难以计算，使模拟计算的磁化强度方向与真实实验会产生较大偏差，进而使得计算精度降低，模拟计算与实际实验的拟合程度降低，模拟计算的仿真度降低，使得模拟计算的可信度下降，同时削弱了模拟计算对实验的指导作用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法。

本发明提供了一种二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法，具有这样的特征，包括：

步骤1：在软件中模拟设定磁性材料的单层简立方晶体进行计算，以所述单层简立方晶体的中心原子为坐标系原点建立空间向量坐标系；

步骤2：对所述单层简立方晶体的每个原子进行编号，并标记其坐标；

步骤3：在所述单层简立方晶体中，将距离所述中心原子最近的四个原子，根据公式得出DM作用的哈密顿量H，为DM作用的参数，为原子的磁化强度记为为最近邻原子的磁化强度记为

步骤4：基于所述哈密顿量H、以及公式得出DM作用有效场的大小及方向；

步骤5：基于以及原子尺度的LLG方程得出原子的磁化强度大小与方向，λ为吉尔伯特阻尼系数，γ为旋磁比，t为时间；

步骤6：对所述磁性材料中所有原子的磁化强度进行矢量求和，即可得出材料整体的磁化强度的方向。

在本发明提供的二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法中，还可以具有这样的特征：其中，所述磁性材料为因原子占位无序而等同于单质的磁性合金晶体或者为单质磁性晶体。

在本发明提供的二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法中，还可以具有这样的特征：其中，所述磁性材料具有铁磁性以及垂直磁各向异性。

在本发明提供的二维磁性材料中对DM作用的原子级计算方法中，还可以具有这样的特征：其中，材料整体的磁化强度值设定为1。

发明的作用与效果