拓撲磁性材料與器件原理

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
第2章 體拓撲磁性材料 3
2.1 簡介 3
2.2 斯格明子和相關(guān)的拓撲自旋織構(gòu) 5
2.2.1 斯格明子、反斯格明子、磁半子和刺猬晶格的定義及其拓撲性 5
2.2.2 晶格與粒子圖像 7
2.2.3 磁相互作用 9
2.3 手性磁體 13
2.3.1 MnSi和Fe1.xCoxSi 14
2.3.2 MnGe和MnSi1.xGex 18
2.3.3 β-Mn型的Co-Zn-Mn 合金 20
2.3.4 Cu2OSeO3 24
2.3.5 D2d 晶體：逆哈斯勒合金 Mn-Pt-Sn 25
2.4 極性磁體 28
2.4.1 GaV4S8 和 GaV4Se8 28
2.4.2 VOSe2O5 30
2.4.3 異質(zhì)結(jié)界面：Co/Pt、SrRuO3/SrIrO3和磁性拓撲絕緣體 31
2.5 阻挫磁體 35
2.5.1 釓化合物：Gd2PdSi3、Gd3Ru4Al12和GdRu2Si2 35
2.5.2 鈣鈦礦氧化物：SrFeO3 38
參考文獻 40
第3章 拓撲磁性薄膜 57
3.1 磁性薄膜中的磁疇壁 57
3.2 磁性薄膜中的界面 DM 相互作用.60
3.3 磁性薄膜中的手性疇壁結(jié)構(gòu) 65
3.4 界面DM相互作用相關(guān)的物理效應(yīng)及其測量 70
3.5 磁性薄膜中的拓撲手性調(diào)控 74
3.6 本章小結(jié) 79
參考文獻 79
第4章 二維拓撲磁性材料 84
4.1 二維拓撲磁性材料簡介.84
4.1.1 二維磁性材料 84
4.1.2 二維磁性材料中的DM相互作用與拓撲磁結(jié)構(gòu) 86
4.1.3 二維拓撲磁結(jié)構(gòu)調(diào)控及單賽道斯格明子基邏輯門 88
4.2 拓撲(反)磁半子 90
4.2.1 磁半子的自旋構(gòu)型和拓撲荷 90
4.2.2 磁半子的實驗發(fā)現(xiàn) 91
參考文獻 94
第5章 非DM相互作用的拓撲磁結(jié)構(gòu) 101
5.1 人工拓撲磁結(jié)構(gòu) 101
5.1.1 人工二維斯格明子晶體的理論構(gòu)建 101
5.1.2 人工二維斯格明子晶體的實驗制備 113
5.1.3 人工斯格明子晶體激發(fā)模式的微磁學(xué)模擬研究 124
5.1.4 小結(jié) 129
5.2 阻挫.130
5.2.1 阻挫體系中的磁相互作用 131
5.2.2 典型阻挫體系的拓撲磁結(jié)構(gòu) 135
5.3 LSMO類 139
5.3.1 磁泡的形成機制簡介 139
5.3.2 LSMO類拓撲磁結(jié)構(gòu)的實驗觀察和爭議 141
參考文獻 146
第6章 拓撲磁結(jié)構(gòu)表征 152
6.1 洛倫茲透射電鏡 152
6.1.1 洛倫茲模式磁疇成像原理 153
6.1.2 洛倫茲菲涅耳模式磁疇結(jié)構(gòu)解析方法和舉例 155
6.1.3 離軸電子全息方法磁疇成像原理及應(yīng)用 157
6.1.4 微分相位襯度技術(shù)磁疇成像原理及應(yīng)用 160
6.1.5 四維掃描透射技術(shù)磁疇成像原理及應(yīng)用 163
6.2 光發(fā)射電子顯微鏡 166
6.2.1 光發(fā)射電子顯微鏡的工作原理及襯度機制 166
6.2.2 光發(fā)射電子顯微鏡在磁成像技術(shù)中的運用 167
6.3 自旋極化低能電子顯微鏡 173
6.3.1 自旋極化低能電子顯微鏡的工作原理及儀器介紹 174
6.3.2 自旋極化低能電子顯微鏡在磁成像中的應(yīng)用 178
6.3.3 自旋極化低能電子顯微鏡表征拓撲磁結(jié)構(gòu)的研究前景 182
6.4 掃描透射 X 射線顯微鏡 183
6.4.1 掃描透射 X 射線顯微鏡的工作原理.183
6.4.2 掃描透射 X 射線顯微鏡表征拓撲磁結(jié)構(gòu)的實例 184
6.4.3 掃描透射 X 射線顯微鏡表征拓撲磁結(jié)構(gòu)的研究前景 185
6.5 中子散射技術(shù) 186
6.5.1 引言 186
6.5.2 小角中子散射的基本原理 187
6.5.3 小角中子散射在拓撲磁性研究中的應(yīng)用 192
6.5.4 極化中子反射的基本原理 195
6.5.5 極化中子反射在拓撲磁性研究中的應(yīng)用 198
6.5.6 小結(jié) 204
6.6 磁力顯微鏡 205
6.6.1 磁力顯微鏡的工作原理 205
6.6.2 磁力顯微鏡在拓撲磁結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用 208
6.6.3 磁力顯微鏡在拓撲磁結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用前景 210
6.7 磁光克爾顯微鏡 210
6.7.1 磁光克爾顯微鏡的工作原理 210
6.7.2 磁光克爾顯微鏡觀察拓撲磁結(jié)構(gòu) 213
6.7.3 磁光克爾顯微鏡在拓撲磁結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用前景 215
6.8 自旋極化掃描隧道顯微鏡 215
6.8.1 自旋極化掃描隧道顯微鏡簡介 215
6.8.2 采用自旋極化掃描隧道顯微鏡技術(shù)表征和操控斯格明子結(jié)構(gòu) 221
6.9 掃描金剛石氮–空位色心顯微鏡 226
6.9.1 掃描金剛石氮–空位色心顯微鏡的工作原理 226
6.9.2 掃描金剛石氮–空位色心顯微鏡在拓撲磁結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用 229
參考文獻 236
第7章 拓撲磁結(jié)構(gòu)的調(diào)控 249
7.1 拓撲磁結(jié)構(gòu)理論預(yù)測與分類 249
7.2 拓撲磁結(jié)構(gòu)的磁場、溫度調(diào)控 251
7.2.1 布洛赫型斯格明子的磁場、溫度調(diào)控 251
7.2.2 奈爾型斯格明子的磁場、溫度調(diào)控 253
7.2.3 反斯格明子的磁場、溫度調(diào)控 254
7.2.4 磁束子的產(chǎn)生 255
7.3 電流誘導(dǎo)的斯格明子產(chǎn)生、湮滅和運動 256
7.3.1 電流誘導(dǎo)的斯格明子產(chǎn)生及湮滅 256
7.3.2 電流驅(qū)動斯格明子運動 258
7.4 磁浮子與磁束子的動力學(xué)特性 263
7.4.1 磁浮子動力學(xué) 263
7.4.2 磁束子動力學(xué) 264
參考文獻 265
第8章 拓撲磁性材料中的輸運性質(zhì) 273
8.1 磁性材料的基本輸運性質(zhì) 273
8.2 演生電磁場與拓撲磁結(jié)構(gòu) 275
8.2.1 貝里相位與貝里*率 275
8.2.2 演生電磁場與標(biāo)量自旋手性 277
8.3 拓撲磁結(jié)構(gòu)相關(guān)的輸運現(xiàn)象 280
8.3.1 拓撲霍爾效應(yīng)與拓撲自旋霍爾效應(yīng) 280
8.3.2 非共線磁電阻、非共線霍爾效應(yīng)與手性霍爾效應(yīng) 284
8.3.3 磁結(jié)構(gòu)的高階輸運響應(yīng) 289
8.4 本章小結(jié) 294
參考文獻 294
第9章 拓撲磁學(xué)計算與模擬 298
9.1 二維拓撲磁性材料 298
9.1.1 微磁學(xué)基本理論 301
9.1.2 數(shù)值模擬方法和編程 313
9.1.3 模擬計算軟件 318
9.1.4 特殊材料處理 322
9.1.5 原子尺度模擬及有限溫度微磁學(xué) 328
9.2 **性原理計算磁相互作用 336
9.2.1 引言 336
9.2.2 DM 相互作用 336
9.2.3 磁各向異性能 343
9.2.4 交換相互作用能 346
9.2.5 小結(jié)與展望 349
參考文獻 349
第10章 器件設(shè)計與工作原理 362
10.1 疇壁賽道存儲器 362
10.1.1 疇壁賽道存儲器簡介 363
10.1.2 疇壁賽道存儲器的主要體系 370
10.1.3 基于磁疇壁的各類器件 382
10.1.4 疇壁賽道存儲器的發(fā)展展望 388
10.2 斯格明子賽道存儲器 388
10.2.1 斯格明子賽道存儲器工作原理 388
10.2.2 合成反鐵磁、亞鐵磁和反鐵磁斯格明子賽道存儲器 397
10.2.3 其他類型斯格明子賽道存儲器 398
10.3 斯格明子邏輯器件 399
10.3.1 斯格明子晶體管 399
10.3.2 斯格明子二極管 401
10.3.3 斯格明子邏輯門 403
10.4 斯格明子微波器件 406
10.4.1 斯格明子振蕩器 406
10.4.2 斯格明子微波探測器 408
10.4.3 斯格明子混頻器 409
10.5 基于斯格明子的非傳統(tǒng)計算器件 410
10.5.1 斯格明子隨機數(shù)生成器 410
10.5.2 斯格明子重洗牌器 413
10.5.3 斯格明子神經(jīng)計算器件 414
參考文獻 419
第11章 磁性拓撲體系中的拓撲電子與磁結(jié)構(gòu) 431
11.1 磁性拓撲電子與物性 431
11.1.1 磁性外爾費米子 431
11.1.2 磁性拓撲半金屬 432
11.1.3 磁性外爾半金屬的物性 434
11.1.4 非共線磁結(jié)構(gòu)相關(guān)的非傳統(tǒng)橫向輸運 436
11.2 拓撲電子與非共線磁的相互調(diào)制 437
11.2.1 外爾電子誘導(dǎo)的等效磁場與電導(dǎo) 437
11.2.2 磁性外爾體系中的高效磁疇翻轉(zhuǎn) 440
11.3 本章小結(jié)與展望 444
參考文獻 444
第12章 總結(jié)與展望 448