[发明专利]磁性斯格明子的磁场驱动方法

说明书

本发明公开了一种磁性斯格明子的磁场驱动方法，包括提供微纳磁体，向微纳磁体注入磁畴壁和斯格明子，向微纳磁体施加均匀磁场，其中均匀磁场具有垂直于微纳磁体表面的分量，通过均匀磁场驱动斯格明子与磁畴壁一起运动等步骤。本发明磁性斯格明子的磁场驱动方法，实现了通过均匀磁场驱动斯格明子，无需依赖自旋波、热梯度或磁场梯度驱动，实现了与现有技术不同的驱动方式，无需通过复杂的过程构建温度梯度分布环境，可以使用更简单的器件结构实现对磁性斯格明子的均匀磁场驱动。对微纳磁体中的磁畴壁和斯格明子的类型不作限制，既适用于奈尔型磁畴壁/斯格明子，又适用于布洛赫型磁畴壁/斯格明子，应用范围广。本发明广泛应用于磁器件技术领域。

技术领域

本发明涉及磁器件技术领域，尤其是一种磁性斯格明子的磁场驱动方法。

背景技术

磁性斯格明子是一种轴对称、涡旋形自旋织构。由于具有整数拓扑荷，磁性斯格明子表现出新奇的电动力学性质：当电子流过磁性斯格明子的时候将获得一个贝里相位从而出现横向偏转，这可以通过拓扑霍尔电阻测量出来；相应地，在电子自旋转移矩的作用下磁性斯格明子以偏离电流方向的某一夹角运动，呈现斯格明子霍尔效应。这两种共轭效应可用于检测和操纵磁性斯格明子。通过操纵斯格明子，可以实现对编码自旋电子器件(如赛道存储器)中的数据位的读写等操作，因此对斯格明子的操纵和驱动技术对计算机科学的发展具有重要意义。

目前，对斯格明子的操纵和驱动技术中，最常用的方法是在金属性磁体中采用电流或自旋流引起的自旋转移矩或自旋轨道矩来驱动磁性斯格明子。但是，在绝缘性磁体中基于电流的驱动方法不再适用，可替代方案包括自旋波驱动、热梯度驱动和磁场梯度驱动。热梯度驱动本质上是通过热梯度激发的自旋波来驱动斯格明子，所以实际上也属于自旋波驱动。自旋波驱动方式需要自旋波穿过磁性斯格明子，当斯格明子远离自旋波源时，因阻尼的作用，入射到斯格明子的自旋波强度将显著衰减，不足以继续驱动斯格明子。另外，热梯度驱动方式需要在磁体中产生并控制温度分布，对于微纳器件，从技术上来说这是相当棘手的问题。磁场梯度驱动方式需要在磁性斯格明子所处位置施加一个局域的磁场梯度，并且该磁场梯度必须与斯格明子同步移动，从应用上来说，这将导致器件结构的复杂化，且其操作难度较大。

术语解释：

FM：表示Ferromagnet，铁磁材料；

HM：表示Heavy Metal，重金属；

SK：表示skyrmion，斯格明子；

DW：表示domain wall，畴壁；

Dzyaloshinskii-Moriya相互作用：一种非对称交换相互作用；

LLG：表示Landau-Lifshitz-Gilbert方程，也可以称为朗道-利夫希兹-吉尔伯特方程；

Thiele方程：也可以称为蒂勒方程。

发明内容

针对目前的相关技术对斯格明子的控制范围小、温度梯度分布实现难度大、器件结构复杂等至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种磁性斯格明子的磁场驱动方法，包括：

提供微纳磁体；

向所述微纳磁体注入磁畴壁和斯格明子；

向所述微纳磁体施加均匀磁场；所述均匀磁场具有垂直于所述微纳磁体表面的分量；

通过所述均匀磁场驱动所述斯格明子与所述磁畴壁一起运动。

进一步地，所述微纳磁体内包含Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。

进一步地，所述微纳磁体为界面诱导性手型磁体或本征手性磁体。

进一步地，所述微纳磁体为界面诱导性手型磁体，所述微纳磁体由铁磁材料层和重金属层叠合而成。