反铁磁/非磁多层结构中的静磁自旋波及其调控

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磁性薄膜材料由于其丰富的物理性质和巨大的应用价值而备受人们关注,长期以来一直是凝聚态物理学的热门研究领域之一,其研究结果被广泛应用于微电子技术、通讯工程等领域,促进了信息产业的发展。近年来,微加工技术的迅速发展使得人们能够制备各种调制方式的高质量的磁性多层膜。由于构成磁性多层膜单元的多样性和结构的可控性,人们可以在十分宽广的范围内改变和控制整个多层膜的性质,期望得到所需要的宏观物理性质。本论文研究了从周期到准周期乃至近无序等多种调制方式下的反铁磁/非磁多层结构中的静磁激发,实现可调控的高频自旋波。 第一,我们从理论上研究了Thue—Morse(TM)反铁磁/非磁多层膜中的静磁激发。TM结构是一种介于周期与准周期之间的结构,我们在只考虑长程偶极互作用和自由边界条件下,利用转移矩阵的方法得到了Thue—Morse反铁磁/非磁多层膜的静磁激发模的色散关系和频谱。静磁模的色散关系形成两支对偶的结构,即ω_和ω+。随着色散关系中qd(g是静磁激发模的波矢,d为磁层的厚度)的增大,ω_支中频率逐渐上升,ω+中的频率逐渐下降。随着外场的变化,频谱会发生移动。随着磁层和非磁层厚度比例的变化,色散关系变化也很明显。对于较大的qd,静磁模式高度简并。当厚度d趋于无限大时,极限频率接近于某些特定的孤立磁层的表面激发。对于较小的qd,频谱呈现三分叉和两分叉的分支规律,这是TM结构具有的自相似性决定的。静磁激发模具有典型的三类态即:局域态、临界态、扩展态。同时,我们探讨了利用静磁波的这些性质研制高频可调谐的自旋波器件的可能性。 第二,我们从理论上研究了基于κ组元Fibonacci结构的反铁磁/非磁多层膜中的静磁激发。κ组元Fibonacci结构(KCFS)是一种包含周期性(κ=1)、准周期性(1<κ≤5)和介于准周期与无序之间(κ>5)的普遍的结构模型。 研究表明,KCFS反铁磁/非磁多层膜中静磁模的色散关系是两支对偶的结构,即ω_和ω+。随着色散关系中qd(q是静磁激发模的波矢,d为磁层的厚度)的增大,ω_和ω+两带之间的带隙逐渐变小。对于较大的qd,静磁模式高度简并,对于较小的qd,当1<κ≤5时KCFS结构是准周期的,ω-和ω+中本征频率具有自相似性质;当κ>5时KCFS结构是介于准周期与无序之间的结构,子带不具有自相似性,但仍呈现出频谱分裂的特征。同时,我们发现1<κ≤5时静磁激发模具有典型的准周期的性质,存在局域态、临界态、扩展态;当κ=10时,由于系统有序度的降低,没有发现扩展态的存在。在此基础上,我们发现KCFS反铁磁/非磁多层结构中静磁波的这些性质可以直接应用于调控自旋波,KCFS结构可以为发展自旋波器件提供了一种新的理论模型。 通过以上研究,我们揭示了各种调制方式下反铁磁/非磁多层结构中静磁激发的丰富特性,探讨了这些性质用于开发新型可调谐高频自旋波器件的可能性,为研制相关的新型材料与器件提供了科学依据。
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