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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 自旋矩納米振子中的混沌抑制
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 在許多被充分研究的由外力驅(qū)動的非線性振子中，只有一小部分能有技術(shù)上的應(yīng)用。最近發(fā)現(xiàn)的在自旋閥中由電流驅(qū)動的磁化強(qiáng)度振子（自旋矩納米振子）具有吉赫茲范圍可調(diào)的頻率，非常適于在磁存儲器件和無線電通訊中得到應(yīng)用。但是，由于統(tǒng)治此振子中磁化強(qiáng)度運(yùn)動的方程具有高度的非線性，在外加交流電流驅(qū)動下此振子的運(yùn)動可能會發(fā)生混沌。這對其可能的實(shí)際應(yīng)用是一個壞消息。本作品運(yùn)用反饋原理實(shí)現(xiàn)自旋矩納米振子中的混沌抑制，效果顯著。
- 詳細(xì)介紹：
- 自旋矩納米振子是一個能通過自旋極化電流引起磁化強(qiáng)度自維持振動的自旋閥結(jié)構(gòu)。S. Zhang等人在Chaotic dynamics of spin-valve oscillators[PRL99,134101(2007)]一文中提出自旋矩納米振子在通入交變自旋極化電流后中導(dǎo)致混沌行為，并用李雅普諾夫指數(shù)和龐加萊倍周期分岔圖進(jìn)行了表征。在實(shí)際應(yīng)用中，如果此類混沌發(fā)生，將導(dǎo)致納米振子兩端的電壓不停地跳變。鑒于此，本作品提出一種自反饋的電流形式旨在于一定頻率范圍內(nèi)抑制混沌。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品旨在于一定頻率范圍內(nèi)抑制自旋矩納米振子中的混沌。本作品結(jié)構(gòu)如下，首先提出理論模型，即通過一個反饋電路實(shí)現(xiàn)對納米振子加入一自調(diào)節(jié)的自旋極化電流。然后通過Landau-Lifshitz-Gilbert方程的數(shù)值模擬得到了混沌控制圖，即在交流電流頻率和反饋系數(shù)C的參數(shù)平面上作出混沌被抑制的區(qū)域。最后通過Poincare截面圖和Lyapunov指數(shù)展示了混沌是如何被抑制的。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 自旋電子學(xué)是近幾年凝聚態(tài)物理學(xué)的新興學(xué)科分支，在信息存儲方面有重大應(yīng)用前景?；煦缈刂朴?990年提出，是非線性科學(xué)的熱門研究方向。本文的中心即是將混沌控制的原理運(yùn)用于自旋矩納米振子的動力學(xué)行為，揭示出新的物理。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義
- 自旋矩納米振子既有望成為未來磁存儲介質(zhì)的單元，也可以作為微波頻率的振動源加以應(yīng)用。本作品揭示了它新的動力學(xué)性質(zhì)，可以被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對其實(shí)際應(yīng)用有指導(dǎo)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文提出一種新的可行的自調(diào)控機(jī)制來抑制由直流和交流自旋極化電流引起的自旋矩納米振子中的混沌行為。我們通過微磁學(xué)模擬來研究磁化強(qiáng)度動力學(xué)，得到了一個完整的混沌控制圖，揭示了在很寬的頻率范圍內(nèi)加自調(diào)節(jié)電流可以大大削弱振子的混沌程度。
獲獎情況
- Chaos suppression in a spin-torque nano-oscillator, Journal of Applied Physics 104, 093919 (2008). Journal of Applied Physics 影響因子:2.201
鑒定結(jié)果
參考文獻(xiàn)
- (1)Z. Li, Y. Charles Li, and S. Zhang, Phys. Rev. B 74, 054417 (2006) (2)Z. Li and S. Zhang, Phys. Rev. B 68, 024404 (2003) (3)E. Ott, Chaos in dynamical Systems (Cambridge University Press, New York, 2002)
同類課題研究水平概述
- 1935年，Landau和Lifshitz在一篇文章中討論了兩個反平行磁疇之間的疇壁結(jié)構(gòu)。1940年，Brown發(fā)表了幾篇關(guān)于微磁學(xué)的論文，從此正式揭開了微磁學(xué)發(fā)展的序幕。隨后，Brown在1963年出版的《微磁學(xué)》一書中對微磁學(xué)的基本理論進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。然而在隨后很長一段時間內(nèi)，微磁學(xué)并沒有引起人們足夠的重視，直到上世紀(jì)八十年代中期，計算機(jī)的飛速發(fā)展給微磁學(xué)的發(fā)展帶來了新的契機(jī)。隨著磁性傳感器、記錄磁頭和其他精密磁裝置的發(fā)展，我們必須精確地知道它們的磁行為。當(dāng)磁性材料接近納米尺度時，通過微磁學(xué)模擬可以研究磁化反轉(zhuǎn)過程中的磁疇結(jié)構(gòu)變化，預(yù)測材料的磁特性。計算微磁學(xué)因而成為研究高密度磁存儲介質(zhì)和磁電子器件磁特性的有效工具。 微磁學(xué)模擬常采用的方法是Landau-Lifshitz-Gilbert方程的數(shù)值求解。對所研究的磁化強(qiáng)度區(qū)域也有宏觀自旋、有限差分和有限元等多種研究方法。宏觀自旋適用于研究磁化強(qiáng)度本征的動力學(xué)行為。上世紀(jì)90年代以前，磁化強(qiáng)度在不同形式的磁場下的翻轉(zhuǎn)和進(jìn)動行為已被透徹地揭示。隨著一門新興的凝聚態(tài)物理學(xué)分支——自旋電子學(xué)的蓬勃發(fā)展，特別是1996年，J. C. Slonczewski提出在自旋閥結(jié)構(gòu)中自旋極化電流能實(shí)現(xiàn)自旋角動量的傳遞，Landau-Lifshitz-Gilbert方程中加入了新的自旋矩項(xiàng)，磁化強(qiáng)度動力學(xué)的研究注入了新的活力，引起了極大的關(guān)注。除了翻轉(zhuǎn)和進(jìn)動，自旋極化電流還能使磁化強(qiáng)度發(fā)生持續(xù)的混沌行為。S. Zhang等人對此混沌行為進(jìn)行了細(xì)致的表征和計算，展示了在直流電流和外加磁場的參數(shù)空間內(nèi)的混沌-非混沌相圖。此結(jié)果是通過構(gòu)造沿著分岔軌道的Melnikov積分和Lyapunov指數(shù)的計算實(shí)現(xiàn)的。本作品通過宏觀自旋的微磁學(xué)模擬方法，在Landau-Lifshitz-Gilbert方程中加入了具有自調(diào)節(jié)形式的自旋矩項(xiàng)，在S. Zhang等人工作的基礎(chǔ)上提出了一種自反饋混沌抑制的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了在微波頻率范圍內(nèi)自旋矩納米振子中的混沌抑制，對理論研究和實(shí)際應(yīng)用都有重要指導(dǎo)作用。
