自旋流磁纳米器件中非平庸拓扑磁结构的稳定性和动力学研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774150
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A20.凝聚态物理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Memory is one of the most important components used in every computer system, storage solution and mobile devices. Unlike the charge-based memories, magnetic random access memory (MRAM) uses magnetic states to store information and has many advantages compared with charge-based memories such non-volatile, radiation hard and high speed. In addition, the low power consumption and high density advantages also will emerge if its size can scale well below 10 nm. Therefore, spin-transfer torque (STT) MRAM is well suited for many mainstream applications. In recent years, the topologically non-trivial magnetic structures, such as magnetic skyrmions, found in ultrathin magnetic heterostructures with broken inversion asymmetry not only exhibit many new chiral and topological magnetic effects, but also have the advantages of nanometer-size and very low driving current. They are considered to be promising candidates for future high-density, low-power magnetic data storage solutions. Based on our previous accumulated techniques and preliminary work on spin-polarized current generation and manipulation, nanofabrication and detection techniques of magnetic nano-devices (spin Hall devices, spin-valve, magnetic tunnel junction), as well as dynamical skyrmion in spin current auto-oscillator, in this project we will symmetrically study the dynamics and static stability of non-trivial magnetic structures through high precision electrical microwave detection of these nano-structures based spin current nano-oscillators and spin-transfer torque nano-devices (spin-valve and MTJ). We will also perform micromagnetic simulations and numerical calculation and analysis to understand exotic topological phenomena emerged in these non-trivial magnetic nano-devices, meanwhile try to find some topological quantum effects related to their particular chiralities and topologies which may help to develop new quantum devices.
存储器是计算机、移动设备和存储器件中最重要部件之一。与半导体中电荷型存储器不同,磁随机存储器是用磁畴微粒的不同磁态来存储信息,具有非易失性、抗辐射和高速等优点。如果由热涨落所限制的磁畴微粒的极限尺寸被突破,磁随机存储器的低功耗和高容量优势也将显现出来。近年来,在金属薄膜中发现稳定的非平庸拓扑磁结构不仅体现出许多新奇的磁手性和拓扑效应,而且具有纳米尺寸和极小的电流驱动等优点,使其被视为下一代磁存储器件中的最佳信息存储载体。本项目将在自旋极化和操控,拓扑自旋结构的多场调控及纳米磁器件制备和测试技术的积累和前期工作的基础上,系统地开展以非平庸磁结构为基的自旋电流和自旋转移矩纳米器件的设计和磁电特性的研究。我们将通过磁电阻效应和微波检测及微磁学模拟,以期获得此类拓扑纳米自旋结构具有哪些奇特的磁电性能、拓扑量子效应以及其稳定性的信息,进一步加速其在纳米磁存储器和磁微波器件领域的应用和发展。

结项摘要

基于自旋极化和操控,拓扑自旋结构的多场调控及纳米磁器件制备和测试技术,开展以非平庸磁结构为基的自旋电流和自旋转移矩纳米器件的设计和磁电特性的研究,揭示其丰富的非线性磁电效应,探索其在纳米磁存储器和磁微波器件领域的应用前景。具体对不同自旋极化材料和磁性异质结体系构建的相关纳米自旋电子器件进行了自旋轨道力矩、高频微波、磁场驱动磁矩进动和翻转的实验测量和动力学研究。研究内容包括1)器件制备的各项工艺条件对自旋纳米电子器件稳定性的影响;2)微磁模拟和COMSOL多物理模块对实验设计的器件进行数值模拟和数值估算,指导和优化器件的空间结构和材料参数选择;3)技术上完善已有的器件的设计和微加工工艺,测量装置和测量控制与数据采集系统;4)基于原型器件的实验数据,分析其非线性磁动力学行为,探讨其背后的物理机制以及潜在的应用。取得的重要研究成果有:在Pt/[Co/Ni]n垂直磁化体系纳米自旋振荡器中实现了零外磁场纯直流电流激发和调控自旋波;发现纳米自旋霍尔振荡器中的自旋波存在共存和非线性耦合导致自旋动力学混沌行为;在具有垂直磁各向异性Pt/[Co/Ni]体系中设计了一种垂直点接触的纳米自旋振荡器;基于自旋电子器件的非线性和短时记忆效应构建了物理蓄水池模型的神经形态计算网络等。最后,对“对三角”结构的纳米间隙型、“蝴蝶结”型、纳米线型、垂直纳米点接触型以及阵列等具有各类器件结构的自旋霍尔纳米振荡器所体现出来的丰富非线性动力学特性进行了详细讨论与归纳,其在新型低能耗量子磁振子自旋器件和非冯诺依曼架构的自旋型人工神经网络计算方面具有潜在应用前景。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Observation of topological Hall effect in antiferromagnetic FeRh film
反铁磁性FeRh薄膜中拓扑霍尔效应的观察
  • DOI:
    10.1063/1.5099183
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhang Sheng;Xia Siyu;Cao Qingqi;Wang Dunhui;Liu Ronghua;Du Youwei
  • 通讯作者:
    Du Youwei
Recent progress on excitation and manipulation of spin-waves in spin Hall nano-oscillators
自旋霍尔纳米振荡器中自旋波的激发和操纵的最新进展
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/abaed5
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Liyuan Li;Lina Chen;Ronghua Liu;Youwei Du
  • 通讯作者:
    Youwei Du
Maximizing spin-orbit torque efficiency of Ta(O)/Py via modulating oxygen-induced interface orbital hybridization
通过调节氧诱导界面轨道杂化最大化Ta(O)/Py的自旋轨道扭矩效率
  • DOI:
    10.1063/5.0033752
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yang Liupeng;Fei Yining;Zhou Kaiyuan;Chen Lina;Fu Qingwei;Li Liyuan;Yan Chunjie;Li Haotian;Du Youwei;Liu Ronghua
  • 通讯作者:
    Liu Ronghua
Field- and Current-Driven Magnetization Reversal and Dynamic Properties of CoFeB-MgO-Based Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions
CoFeB-MgO 基垂直磁隧道结的场和电流驱动磁化反转和动态特性
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/37/11/117501
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Qingwei Fu;Kaiyuan Zhou;Lina Chen;Yongbing Xu;Tiejun Zhou;Dunhui Wang;Kequn Chi;Hao Meng;Bo Liu;Ronghua Liu;Youwei Du
  • 通讯作者:
    Youwei Du
Temperature and electric field effects on the dynamic modes in a spin current auto-oscillator
温度和电场对自旋流自振荡器动态模式的影响
  • DOI:
    10.1103/physrevb.103.144426
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chen Lina;Gu Yaoyu;Zhou Kaiyuan;Li Zishuang;Li Liyuan;Gao Zhenyu;Du Y. W.;Liu R. H.
  • 通讯作者:
    Liu R. H.

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其他文献

表面活性剂对煤的润湿性影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    苟尚旭;刘荣华;王鹏飞;桂哲;舒威
  • 通讯作者:
    舒威
山丘区小流域特征分析与参数库构建
  • DOI:
    10.16867/j.issn.1673-9264.2020238
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国防汛抗旱
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    --
  • 作者:
    翟晓燕;刘荣华
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    刘荣华
白茅根中两种主要酚酸类成分的含量比较
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    --
  • 发表时间:
    --
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    --
  • 作者:
    熊科元;陈石生;任刚;刘荣华;邵峰;黄慧莲
  • 通讯作者:
    黄慧莲
Influences of Climate Change and Human Activities on NDVI Changes in China
气候变化和人类活动对中国NDVI变化的影响
  • DOI:
    10.3390/rs13214326
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    刘宇;田济扬;刘荣华;丁留谦
  • 通讯作者:
    丁留谦
全国山洪灾害调查评价成果数据管理平台设计
  • DOI:
    10.13476/j.cnki.nsbdqk.2017.06.028
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    南水北调与水利科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘业森;郭良;张晓蕾;刘荣华
  • 通讯作者:
    刘荣华

其他文献

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刘荣华的其他基金

自旋轨道矩纳米振荡器中自旋波的非线性动力学实验研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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