Insights micromagnéticos em

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13438 (2023) Citar este artigo

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Utilizando modelagem micromagnética, explicamos as características não sondadas da rotação de magnetização no plano de ciclo completo de 360° e a propagação resultante de uma onda de magnetização ao longo de um nanofio ferromagnético. A onda de magnetização, que é gerada pela oscilação de spin em uma extremidade de uma tira ferromagnética, se propaga até a extremidade do fio. Um oscilador de torque de rotação perpendicular (STO) poderia gerar rotação de magnetização em uma extremidade da tira ferromagnética que também faz parte do STO. Nossos resultados demonstram que a frequência de oscilação dos spins ao longo do fio mantém excelente fidelidade enquanto o comprimento de onda espacial da onda magnética aumenta. O mecanismo de acionamento por trás da propagação da onda são as molas de troca, que permitem a propagação da onda sem a necessidade de uma força 'portadora', como torque de transferência de spin (STT) ou efeito Hall de spin (SHE) . Além disso, demonstramos que o gradiente da energia de troca impulsiona a onda magnética para frente, enquanto os campos de anisotropia dentro e fora do plano governam a forma das trajetórias de oscilação de spin ao longo do fio. Além disso, mostramos que parar a oscilação no final do STO faz com que a onda cesse a propagação após o relaxamento, e alterar a quiralidade rotacional do STO leva à fusão e aniquilação de paredes de domínio de números de enrolamento opostos.

Grande parte do progresso recente na spintrônica envolve o transporte de informações e armazenamento de dados através da dinâmica de magnetização . A maioria dos trabalhos sobre transporte de informação utiliza ondas de spin de comprimento de onda longo, que enfrentam obstáculos como comprimento de difusão de spin curto e aquecimento joule em metais onde o ângulo do cone de precessão de magnetização é menor que 10\(^\circ \ ). Para superar esses obstáculos, tem havido um interesse crescente na precessão de rotação no plano (IP) de 360° com um ângulo de cone de quase 90° através de STT ou SHE10. Uma das formas viáveis ​​de produzir tal excitação é utilizar um STO. A camada livre de um STO, IP magnetizada devido à forma ou anisotropia cristalina, é estendida além da excitação da fonte em uma direção para configurar uma geometria de nanofios. A magnetização na extremidade STO sofre uma rotação IP de 360° devido ao efeito STT da corrente de rotação perpendicular, e a rotação de magnetização gerada na tira se propaga ao longo da tira além da região da fonte. Embora estudos anteriores tenham abordado o conceito de propagação de ondas por rotação IP de 360° como o movimento das paredes do domínio homoquiral em um estado dissipativo ou superfluido , nossa pesquisa visa abordar questões cruciais não respondidas, como: o que é a força motriz por trás dessa propagação de ondas? O que acontece quando a excitação da fonte é desligada ou sua polaridade é trocada? Além disso, como a onda se comporta sob diversas condições? Além das características macroscópicas da onda, também explicamos a interação dos campos de anisotropia IP e fora do plano (OP) que modifica a trajetória 3D da oscilação magnética de uma posição para outra no NW ao contabilizar o campo desmagnetizante com precisão.

Considere uma longa tira de um filme magnético fino com magnetização confinada dentro do plano do filme pela anisotropia da plaina. Agora, vamos imaginar que um campo magnético giratório com velocidade angular constante seja aplicado localmente a uma extremidade da tira, de modo que a magnetização da tira gire junto com ela. Este final é referido como fonte ou final STO no resto do trabalho, uma vez que propomos o uso de STO para alcançar esta rotação. A Figura 1 mostra o esquema do STO com uma camada livre estendida. Quando os momentos magnéticos na extremidade STO giram IP devido ao efeito STT do spin perpendicular filtrado pelo polarizador, os momentos vizinhos também iniciam a rotação, à medida que experimentam um campo magnético de troca rotativa. Este processo continua até o final do fio. No final da faixa, assumimos afundamento/absorção perfeita considerando uma constante de amortecimento muito alta, para que não haja reflexão. Um ciclo de rotação de magnetização no final do STO no tempo se traduz em um ciclo completo ou em uma parede de domínio de 360° (DW) espacialmente. Um número crescente de DWs homoquirais é empacotado no fio com a rotação contínua da magnetização da fonte até que o sistema atinja um estado estacionário. A frequência de oscilação da magnetização da fonte é definida em 1 GHz para a Fig. 1. A Figura 1b mostra o componente y da orientação de magnetização do fio até 250 nm com o tempo, mostrando a propagação da onda por meio período.