CN116053729B - 基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道 - Google Patents
基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116053729B CN116053729B CN202310333817.XA CN202310333817A CN116053729B CN 116053729 B CN116053729 B CN 116053729B CN 202310333817 A CN202310333817 A CN 202310333817A CN 116053729 B CN116053729 B CN 116053729B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- spin
- wave transmission
- transmission channel
- array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
- H01P1/11—Auxiliary devices for switching or interrupting by ferromagnetic devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，属于磁振子电子学技术领域，在底层铁磁层上布置纳米小磁体阵列，纳米小磁体阵列包括排列方向不同的两个部分，通过调节纳米小磁体的间距以及不同纳米小磁体阵列的间距来调节磁畴壁中的自旋波传输特性。本发明小磁体的排列不需要满足自旋冰的冰规则，可以更自由的调节小磁体之间的间距，可以通过调节两部分磁体阵列的磁化方向来调节中间铁磁层中的磁畴壁状态，进而实现可重构的自旋波传输通道。且通过小磁体的间距以及小磁体上下阵列的间距来调节磁畴壁中的自旋波传输特性。纳米小磁体阵列可以方便的通过外加磁场来改变整个样品的磁化分布，且不需要偏置磁场，控制和应用更加方便。
Description
技术领域
本发明属于磁振子电子学技术领域，具体涉及一种基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道。
背景技术
随着摩尔定律逐渐接近物理极限，磁振子学被认为是最具潜力的信息传输和处理技术，近年来得到了蓬勃发展。使用自旋波作为信息的载体是目前先进的信息处理技术之一，它不依赖于电荷传输，从而可以有效地避免焦耳热的产生。与同频率的电磁波相比，自旋波波长要短很多，因此，使用自旋波可以设计更小的纳米器件。在过去的几年里，许多基于自旋波概念的纳米器件被提出，然而，在通往实际应用的道路上，对于自旋波的有效引导和控制仍是一个棘手的问题，对利用自旋波进行逻辑器件的设计来说，更是挑战。比如，类似于光子晶体的放置沟槽阵列或纳米圆盘的磁性薄膜，但其容易受到几何形状的约束，对自旋波的调控缺乏灵活性；最近，研究人员发现，磁畴壁如Bloch壁和Nell壁等，可以用来作为自旋波传输的通道，但是如何构建磁畴壁存在不小的困难。
申请号为2022102564179的中国发明专利公开一种人工自旋冰纳米结构以及自旋波传输调控方法，调整顶部风车型人工自旋冰的磁化状态，可在底部软铁磁层中形成明显的自旋波纳米通道，在自旋波纳米通道中可以传播特定频率的自旋波；通过对顶层风车型人工自旋冰磁化状态全局或局部调整，实现有效的引导和操控自旋波的传输。小磁体的排列需要满足自旋冰的规则，在调节间距等发方面存在困难，且只能传输特定频率的自旋波。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种方便通过改变小磁体之间的间距以及小磁体上下阵列的间距来调节磁畴壁中的自旋波传输特性。通过调节两部分磁体阵列的磁化方向来原位调节中间铁磁层中的磁畴壁状态，进而实现可重构的自旋波传输通道。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，在底层铁磁层上布置纳米小磁体阵列，纳米小磁体阵列包括方向相反的两个部分，通过施加不同方向的外加磁场，来改变样品的磁化状态，从而调节铁磁层中的磁畴壁状态，进而实现可重构的自旋波传输通道，通过调节纳米小磁体的间距以及不同纳米小磁体阵列的间距来调节磁畴壁中的自旋波传输特性。
进一步地，一部分纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置呈顺时针旋转30-60°排列，另一部分纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置呈逆时针旋转30-60°排列，两部分阵列旋转角度相同，两部分阵列对称分布。
进一步地，纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置旋转的角度为30°、45°或者60°。
进一步地，通过调节纳米小磁体的间距来调节磁畴壁中的自旋波共振频率，同时通过调节两部分纳米小磁体阵列的间距来改变磁畴壁的宽度，从而改变磁畴壁中的自旋波共振频率。
进一步地，将纳米小磁体的横向间距缩小，磁畴壁中的自旋波共振频率升高。
进一步地，两部分纳米小磁体阵列之间的距离为120nm-150nm。
进一步地，小正方形格子的边长为190-250nm。
进一步地，底层铁磁层的材料为铁镍合金，厚度为10 nm。
进一步地，将纳米小磁体阵列长度方向的和宽度方向的中心位置作为激发位置，施加x方向的正弦磁场，在中间磁畴壁区域激发出自旋波，构建出自旋波传输的通道，磁畴壁中的自旋波波长随频率升高而变短。
进一步地，通过外加磁场改变磁化状态，可重构或者可开关自旋波传输通道。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，小磁体的排列不需要满足自旋冰的冰规则，可以更自由的调节小磁体之间的间距。通过施加不同方向的外加磁场，来改变样品的磁化状态，从而调节铁磁层中的磁畴壁状态，进而实现自旋波传输通道的开关。且可以通过小磁体之间的间距以及小磁体上下阵列的间距来调节磁畴壁中的自旋波传输特性。
纳米小磁体阵列可以方便的通过外加磁场来改变整个样品的磁化分布，且不需要偏置磁场，控制和应用更加方便。
附图说明
图1是本发明的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道结构示意图；a是mumax导出的几何图形，b是磁矩分布图，c是结构示意图，d是底层薄膜的磁矩分布，e为b的部分磁矩分布图。
图2是本发明的铁磁共振谱。
图3是本发明在2.73GHz和4.88GHz时的自旋波空间分布模式。
图4是本发明磁畴壁中自旋波长随激发频率的变化图。
图5是纳米小磁体的横向间距为198nm时的铁磁共振谱。
图6是纳米小磁体阵列间距为149nm、144nm、139nm时的铁磁共振谱。
图7是磁畴壁通道开启和关闭示意图， a是样品经竖直方向磁场磁化后的磁化分布图，b是对应a磁化状态的自旋波传输状态；c是样品经水平方向磁场磁化后的磁化分布图，d是对应c磁化状态的自旋波传输状态。
图8是纳米小磁体选旋转60°排列时的传输通道示意图，a是mumax导出的几何图形，b是磁矩分布图；c是自旋波长示意图。
实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本申请的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，在底层铁磁层上布置小磁体阵列，底层铁磁层的材料为铁镍合金，厚度为10nm，小磁体位于对角线长度为350nm的小正方形格子的中心位置，纳米小磁体的长度l为300nm，宽度为80nm。
纳米小磁体阵列包括方向相反的两个部分，一部分纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置呈顺时针旋转30-60°排列，另一部分纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置呈逆时针旋转30-60°排列，两部分阵列旋转角度相同，形成两部分纳米小磁体阵列对称分布。旋转的角度可以为30°、45°或者60°。本实施例中一部分在小正方形格子的中心位置呈顺时针旋转45°排列，另一部分小正方形格子的中心位置呈逆时针旋转45°，图1-3、5-6均是45°排列的实验结果，图8为60°排列时，传输通道示意图。
两部分纳米小磁体阵列之间的距离为120nm-150nm，本实施例优选采用134.35nm，小正方形格子的边长d1可以为190-250nm，本实施例优选采用247.5nm，图1中所示d2和d3为纳米小磁体之间距离：横向间距d2和竖向间距d3。
将纳米小磁体阵列长度方向的和宽度方向的中心位置作为激发位置，施加x方向的正弦磁场。本实施例通过Mumax3微磁模拟的办法，施加面内磁场，再通过傅里叶变换，求出结构的铁磁共振谱，如图2和3所示，在施加频率为2.73GHz和4.88GHz时，共振最强烈。
随后，如图4所示，在中部黑色圆点处施加面内不同频率的正弦磁场，成功在中间磁畴壁区域激发出自旋波，构建出自旋波传输的通道（spin wave channel）。磁畴壁（domain wall）中的自旋波波长随频率升高而变短。
随后，缩小纳米小磁体之间的横向间距，研究纳米小磁体阵列的排布对磁畴壁中自旋波传输特性的影响。如图5，将纳米小磁体的横向间距缩小为198nm（初始距离为247.5nm），再次计算铁磁共振谱，发现磁畴壁的共振频率升高。由此可知，可以通过改变纳米小磁体的间距来调节磁畴壁中的自旋波共振频率，为在更高频率传输自旋波提供方法。
在通过调节小磁体的横向间距而影响磁畴壁中自旋波传输特性的同时，改变上下两个纳米小磁体阵列之间的间距，来改变磁畴壁的宽度。如图6所示，当上下两部分纳米小磁体阵列之间的距离宽度分别为149nm、144nm、139nm时，磁畴壁中的共振频率逐渐升高，分别为2.83GHz、2.93GHz、3.07GHz；即可以通过上下小磁体阵列的间距来调节磁畴壁的传输特性。上下两部分纳米小磁体阵列之间的间距范围在120nm-150nm时，每缩小或者增大5nm左右，可以有效调节频率，当距离小于120nm之后，不能有效将自旋波局域在磁畴壁中传输，当距离大于150nm，磁畴壁共振频率过低，磁畴壁过宽，不利于形成自旋波的传输通道，
本发明中的纳米小磁体阵列的另一个优势是可以方便的通过外加磁场来改变整个样品的磁化分布，且不需要偏置磁场。在实验中，一般通过微波天线如共面波导、微带线等来施加微波场以激发自旋波，在此，本发明通过模拟的方式，在图7中的黑色竖向条状区域施加微波场来模拟微波天线，在样品是竖直磁化状态时，磁畴壁可以传输自旋波。当通过外加磁场将样品变为水平磁化时，传输自旋波的磁畴壁通道被关闭，形成可开关的自旋波纳米通道。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：在底层铁磁层上布置纳米小磁体阵列，纳米小磁体阵列包括方向不同的两个部分，通过施加不同方向的外加磁场，来改变底层铁磁层和纳米磁体阵的磁化状态，从而调节铁磁层中的磁畴壁状态，进而实现可重构的自旋波传输通道，通过调节纳米小磁体的间距以及不同纳米小磁体阵列的间距来调节磁畴壁中的自旋波传输特性。
2.根据权利要求1所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：一部分纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置呈顺时针旋转30-60°排列，另一部分纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置呈逆时针旋转30-60°排列，两部分阵列旋转角度相同，两部分纳米小磁体阵列对称分布。
3.根据权利要求2所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：纳米小磁体阵列在小正方形格子的中心位置旋转的角度为30°、45°或者60°。
4.根据权利要求1所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：通过调节纳米小磁体的间距来调节磁畴壁中的自旋波共振频率，同时通过调节两部分纳米小磁体阵列的间距来改变磁畴壁的宽度，从而改变磁畴壁中的自旋波共振频率。
5.根据权利要求1所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：将纳米小磁体的横向间距缩小，磁畴壁中的自旋波共振频率升高。
6.根据权利要求1所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：两部分纳米小磁体阵列之间的距离为120nm-150nm。
7.根据权利要求2所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：小正方形格子的边长为190-250nm。
8.根据权利要求1所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：底层铁磁层的材料为铁镍合金，厚度为10nm。
9.根据权利要求1所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：将纳米小磁体阵列长度方向的和宽度方向的中心位置作为激发位置，施加面内x方向的正弦磁场，在中间磁畴壁区域激发出自旋波，构建出自旋波传输的通道，磁畴壁中的自旋波波长随频率升高而变短。
10.根据权利要求9所述的基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道，其特征在于：通过外加磁场改变底层铁磁层和纳米磁体阵磁化状态，可重构或者可开关自旋波传输通道。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310333817.XA CN116053729B (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310333817.XA CN116053729B (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116053729A CN116053729A (zh) | 2023-05-02 |
| CN116053729B true CN116053729B (zh) | 2023-06-20 |
Family
ID=86122194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310333817.XA Active CN116053729B (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116053729B (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7335908B2 (en) * | 2002-07-08 | 2008-02-26 | Qunano Ab | Nanostructures and methods for manufacturing the same |
| US8724376B2 (en) * | 2011-09-15 | 2014-05-13 | International Business Machines Corporation | Antiferromagnetic storage device |
| CN104678332B (zh) * | 2015-02-28 | 2018-03-27 | 三峡大学 | 一种基于2d人造磁振子晶体的弱磁探测器件 |
| CN109962706B (zh) * | 2019-03-28 | 2021-03-26 | 电子科技大学 | 一种基于布洛赫型畴壁的自旋波逻辑器件 |
| CN111564686B (zh) * | 2020-06-01 | 2021-08-31 | 武汉科技大学 | 自旋转移矩纳米柱微波振荡器及其调控方法 |
-
2023
- 2023-03-31 CN CN202310333817.XA patent/CN116053729B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116053729A (zh) | 2023-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Carignan et al. | Ferromagnetic nanowire metamaterials: Theory and applications | |
| Banerjee et al. | Magnonic band structure in a Co/Pd stripe domain system investigated by Brillouin light scattering and micromagnetic simulations | |
| Serga et al. | YIG magnonics | |
| Lee et al. | Physical Origin and Generic Control of Magnonic Band Gaps of Dipole-Exchange Spin Waves<? format?> in Width-Modulated Nanostrip Waveguides | |
| Gulyaev et al. | Ferromagnetic films with magnon bandgap periodic structures: Magnon crystals | |
| Choudhury et al. | Shape-and interface-induced control of spin dynamics of two-dimensional bicomponent magnonic crystals | |
| Petti et al. | Review on magnonics with engineered spin textures | |
| Lisenkov et al. | Nonreciprocity of edge modes in 1D magnonic crystal | |
| CN110098451B (zh) | 一种基于极化电流调控的自旋波移相器 | |
| Banerjee et al. | Pseudo-one-dimensional magnonic crystals for high-frequency nanoscale devices | |
| Haldar et al. | Reconfigurable and self-biased magnonic metamaterials | |
| Stamps | Dynamic magnetic properties of ferroic films, multilayers, and patterned elements | |
| CN109962706B (zh) | 一种基于布洛赫型畴壁的自旋波逻辑器件 | |
| US20050161630A1 (en) | Left handed materials using magnetic composites | |
| Guslienko | Magnetic vortices and skyrmions | |
| CN116053729B (zh) | 基于纳米磁体阵列的可重构自旋波传输通道 | |
| Sakharov et al. | Spin wave filtration by resonances in the sidewalls of corrugated yttrium-iron garnet films | |
| Wang et al. | From nanoelectronics to nano-spintronics | |
| CN114639529B (zh) | 人工自旋冰纳米结构以及自旋波传输调控方法 | |
| Zhang et al. | Laminar and transiently disordered dynamics of magnetic-skyrmion pipe flow | |
| Zheng et al. | Spin wave propagation in uniform waveguide: effects, modulation and its application | |
| Khitun et al. | Magnonic logic devices | |
| CN106711321B (zh) | 一种自旋波波片 | |
| KR101926963B1 (ko) | 반대칭 교환상호작용의 공간적 변조를 이용한 마그논 결정을 가진 스핀파 소자 | |
| Hu et al. | Coherent precession in arrays of dipolar-coupled soft magnetic nanodots |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |