SPIN ELECTRONICS: Interplay Between Spin Transport and Magnetization Dynamics in Magnetic Nanostructures

自旋电子学:磁性纳米结构中自旋输运和磁化动力学之间的相互作用

基本信息

  • 批准号:
    0223568
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-09-15 至 2005-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This proposal was received in response to the Spin Electronics for the 21st century Initiative, Program Solicitation NSF 02-036. The proposal focuses on the interplay between current-driven magnetization dynamics and the magnetic configurational dependence of spin transport in magnetic nanostructures, i.e., to give a holistic approach to the magnetic and transport properties of magnetic nanostructures subject to a high current flow. Spin accumulation and spin current of non-collinear magnetization configuration will be obtained by solving the generalized Boltzmann equation for several magnetic nanostructures, including the multilayered pillar structure and the magnetic nanoconstriction. Magnetization dynamics in the presence of the spin accumulation and spin currents will be investigated by solving Landau-Lifshitz-Gilbert equation through micromagnetics codes. Since the spin accumulation and the magnetization dynamics are inter-dependent, the equations of motion for the non-equilibrium electron distribution and for the local magnetization must be self-consistently determined. An extensive comparison between the models developed in the program and updated (available and on-going) experimental data on spin-current induced magnetization dynamics will be given throughout this research project. The project calls for a well-balanced combination of fundamental studies and applications of the theory for spintronics devices. The outcome of the proposed research will be a general theoretical framework for understanding the magnetization dynamics of magnetic nanoconstrictions in a non-equilibrium state of conduction electrons. It is likely that the numerical modeling tools developed in this research can be widely used for experimentalists and engineers to explain, predict, and design for high-speed, high-density spintronics and other nanoscale devices. We anticipate a broad impact from this program through participation of a graduate student and a post-doc, and through partnership with industry. The research results will be integrated into an emerging course of the frontier of magnetism and magnetic materials that the PI intends to develop.
该提案是为了响应 21 世纪自旋电子学计划 NSF 02-036 计划征集而收到的。该提案重点关注电流驱动的磁化动力学与磁性纳米结构中自旋输运的磁构型依赖性之间的相互作用,即,对高电流下磁性纳米结构的磁性和输运特性给出整体方法。通过求解几种磁性纳米结构(包括多层柱结构和磁性纳米收缩结构)的广义玻尔兹曼方程,可以获得非共线磁化构型的自旋累积和自旋流。将通过微磁学代码求解 Landau-Lifshitz-Gilbert 方程来研究存在自旋累积和自旋电流时的磁化动力学。由于自旋累积和磁化动力学是相互依赖的,因此非平衡电子分布和局部磁化的运动方程必须是自洽确定的。在整个研究项目中,将对该计划中开发的模型与自旋电流感应磁化动力学的更新(可用和正在进行的)实验数据进行广泛比较。该项目要求自旋电子学器件的基础研究和理论应用的平衡结合。拟议研究的成果将成为理解传导电子非平衡状态下磁性纳米收缩的磁化动力学的通用理论框架。这项研究中开发的数值建模工具很可能可以广泛用于实验人员和工程师来解释、预测和设计高速、高密度自旋电子学和其他纳米级器件。我们预计通过研究生和博士后的参与以及与行业的合作,该计划将产生广泛的影响。研究成果将被纳入PI拟开发的磁学和磁性材料前沿新兴课程中。

项目成果

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