一种产生涡旋自旋波的方法技术

本发明专利技术涉及一种产生涡旋自旋波的方法，包括以下步骤：根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系；或者在铁磁圆柱纳米线中施加激发场激发出不同频率、不同模式的涡旋自旋波，采用布里渊光散射装置，获得自旋波的色散关系；根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。本发明专利技术可以得到固定频率、固定模式的涡旋自旋波，可用于操控磁孤子，如磁斯格明子、磁涡旋、磁泡等，对自旋波的应用有极大的益处。

A method of generating vortex spin wave

【技术实现步骤摘要】
一种产生涡旋自旋波的方法
本专利技术属于自旋电子学
，具体涉及一种产生涡旋自旋波的方法。
技术介绍
在过去的几十年中，作为基础与应用物理学的附加自由度，具有空间扭曲相结构的波场的量化轨道角动量(OAM)在光子、声波、电子束和中子等领域已被广泛研究。轨道角动量(OAM)可与(准)粒子围绕固定轴旋转相联系，其在螺旋相位分布的波函数，可由方位角的相位角φ和非零拓扑电荷l(整数)构成的exp(ilφ)表示，并且在中心处等于零。与自波极化的自旋角动量(SAM)不同，OAM在旋转轴方向上的分量具有量化值(为约化普朗克常数)。扭曲的OAM态在轴上具有相位错位，该相位错位有时被称为(光学的，声的和/或电子的)涡旋，当粒子与其环境的相互作用具有旋转对称性时，OAM被保留。我们可以使用螺旋相位板，计算机生成的全息图，模式转换和空间调制器等来实现具有高OAM的涡旋。然而，作为有序磁振子中的基本激发，自旋波的OAM态很少受到人们的关注，其实际意义也从未被提及，尽管它们的线性动量和SAM自由度已经在布里渊光散射光谱、拓扑自旋结构的磁振子驱动动力学、玻色-爱因斯坦磁振子凝聚态中得到了广泛的探讨。自旋波作为信息的传递载体，具有其独特的传播特性：在信息传递过程中不会使电子发生移动。利用自旋波来传递信息能够避免焦耳热的问题，更加有效的减小信息传输过程中的损耗。并且由于自旋波的波长很短，比同频率的电磁波的波长小很多，这样顺应了器件的微小型化的发展趋势。同时，自旋波具有易于激发，易于检测，信息存储密度大，功耗小，易耦合等特点，自旋波成为了继现代以电子、光为信息载体的下一代信息技术的理想信息载体。具有轨道角动量的自旋波即涡旋自旋波，不仅具有以上特点，还可用于操控磁孤子，如磁斯格明子、磁涡旋、磁泡等，这对自旋电子器件的发展具有很大的益处。因此，如何产生涡旋自旋波成为了本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种产生涡旋自旋波的方法。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种产生涡旋自旋波的方法，包括以下步骤：根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系；根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步的，根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程和以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系，包括，根据如下公式(1)和公式(2)确定所述自旋波的色散关系：其中，H0为外加磁强度，Ms为饱和磁化强度，k为轴向波矢，k为径向方向波矢，γ为旋磁比，μ0为真空磁导率，ω为自旋波的角频率，A为交换常数，k1,k2,κ3分别为公式1解出的三个不同的径向方向波矢的值。进一步的，所述涡旋光场为拉盖尔-高斯型涡旋光场。进一步的，利用人工表面等离激元产生所述拉盖尔-高斯型涡旋光场。进一步的，在考虑焦平面z＝0的情况下，所述涡旋光场根据如下公式(4)确定：其中，柱坐标中(ρ,φ,t)的ρ为极坐标，φ为方位角，t为时间，w为光腰的大小，B0为常数，用以调节光场的幅值，为广义拉盖尔函数；p为涡旋光径向上节点的数目；f为光场的频率；l为直角坐标下的轨道角动量子数；ex为光场的方向。为解决上述技术问题，本专利技术实施例还提供了另一种产生涡旋自旋波的方法，包括以下步骤：在铁磁圆柱纳米线中施加激发场激发出不同频率、不同模式的涡旋自旋波；采用布里渊光散射装置，获得自旋波的色散关系；根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。进一步的，所述在铁磁圆柱纳米线中施加激发场激发出不同频率的自旋波，包括：根据如下公式(3)确定所述激发场：其中，B0为场强，fB为截止频率，t为时间，l为直角坐标下的轨道角动量子数，φ为方位角。进一步的，所述采用布里渊光散射装置，获得自旋波的色散关系，包括，采用布里渊光散射装置，测量铁磁圆柱纳米线中自旋波的波矢与频率，获得自旋波的色散关系。进一步的，所述布里渊光散射装置包括串联式法布里-拍罗干涉仪、单模固体激光器、温控滤光器和磁铁。进一步的，所述涡旋光场为拉盖尔-高斯型涡旋光场。进一步的，利用人工表面等离激元产生所述拉盖尔-高斯型涡旋光场。进一步的，在考虑焦平面z＝0的情况下，所述涡旋光场根据如下公式(4)确定：其中，柱坐标中(ρ,φ,t)的ρ为极坐标，φ为方位角，t为时间，w为光腰的大小，B0为常数，用以调节光场的幅值，为广义拉盖尔函数；p为涡旋光径向上节点的数目；f为光场的频率；l为直角坐标下的轨道角动量子数；ex为光场的方向。本专利技术的有益效果是：本专利技术可以通过理论计算或仿真实验获得自旋波的色散关系，根据获得的色散关系确定所需自旋波模式对应的频率，然后施加对应频率的涡旋光场产生所需涡旋自旋波，从而得到固定所需模式的涡旋自旋波，可用于操控磁孤子，如磁斯格明子、磁涡旋、磁泡等，对自旋波的应用有很大的益处。附图说明图1为本专利技术第一实施例获得的频率和行列式的绝对值的关系曲线；图2为本专利技术第一实施例和第二实施例提供的自旋波的色散关系仿真图；图3为本专利技术第二实施例提供的圆柱截面上磁矩mx分量采样点信号分析仿真图；图4为本专利技术第二实施例提供的磁矩在截面上的分布仿真图；图5为本专利技术第二实施例提供的加场频率为63.5GHz时的圆柱截面上磁矩mx分量采样点信号分析仿真图；图6为本专利技术第二实施例提供的加场频率为63.5GHz时的磁矩在截面上的分布仿真图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术第一实施例提供的一种产生涡旋自旋波的方法，包括以下步骤：根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系；根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。可选地，根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系，包括，根据如下公式(1)和公式(2)确定所述自旋波的色散关系：其中，H0为外加磁强度，Ms为饱和磁化强度，k为轴向波矢，κ为径向方向波矢，γ为旋磁比，μ0为真空磁导率，ω为自旋波的角频率，A为交换常数，κ1,κ2,κ3分别为公式1解出的三个不同的径向方向波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生涡旋自旋波的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系；/n根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；/n在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。/n

【技术特征摘要】
1.一种产生涡旋自旋波的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系；
根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；
在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。


2.根据权利要求1所述的一种产生涡旋自旋波的方法，其特征在于，
根据铁磁圆柱纳米线内，磁矩的动力学LLG方程、偶极场对应的静磁方程以及磁矩和偶极场需满足的边界条件，获得自旋波的色散关系，包括，根据如下公式(1)和公式(2)确定所述自旋波的色散关系：






其中，H0为外加磁强度，Ms为饱和磁化强度，k为轴向波矢，k为径向方向波矢，γ为旋磁比，μ0为真空磁导率，ω为自旋波的角频率，A为交换常数，κ1,κ2,κ3分别为从公式1解出的三个径向方向波矢的值。


3.一种产生涡旋自旋波的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在铁磁圆柱纳米线中施加激发场激发出不同频率、不同模式的涡旋自旋波；
采用布里渊光散射装置，获得自旋波的色散关系；
根据所述色散关系获得目标模式的自旋波对应的目标频率；
在铁磁圆柱纳米线中施加目标频率的涡旋光场，激发出目标模式的涡旋自旋波。


4.根据权利要求3所述的一种产生涡旋自旋波的方法，其特征在于，
所述在铁磁圆柱纳米线...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋媛媛，严鹏，袁怀洋，李志雄，王振宇，曹云姗，孟皓，刘波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51