Skyrmionok elméleti vizsgálata mágneses vékonyrétegben
A mágneses anyagok viselkedésének tanulmányozása, ezen belül is a skyrmionok vizsgálata napjaink intenzíven kutatott, dinamikusan fejlődő területe. A skyrmionok síkbeli spinrácson megfigyelhető topológiailag védett, örvényszerű mágneses struktúrák. Mágneses skyrmionokat először B20 szerkezetű MnSi tömbi anyagban mutattak ki [1], majd számos más rendszerben is találtak hasonló mágneses szerkezeteket [2]. A nagy érdeklődés a mágneses skyrmionok iránt azzal magyarázható, hogy megfelelő információhordozónak ígérkeznek a jövőbeli nagy sebességű, energiahatákony spintronikai eszközökben [3].
A skyrmionok néhányszor 10 nm-es mérete túl kicsiny a mikromágneses szimulációk végzéséhez, viszont túl nagy ahhoz, hogy atomisztikus spindinamika szimulációk során számos skyrmiont tudjunk figyelembe venni. A skyrmionok topológiai védettsége azonban lehetővé teszi, hogy önálló entitásnak, kvázirészecskének tekintsük őket a kollektív tulajdonságaik leírása során. Ha feltérképezzük a skyrmionok közötti kölcsönhatást, akkor lehetőségünk nyílik pl. Monte Carlo szimulációk segítségével tanulmányozni a skyrmion rács termodinamikai tulajdonságait.
Dolgozatomban Ir (111) felületére felvitt PdFe kettősrétegben kialakuló mágneses skyrmionokat vizsgáltam elméleti úton. A rendszer energiáját egy kiterjesztett klasszikus Heisenberg modellel írtuk le, amelyben a fellépő paramétereket első elvekből határozták meg [4] A mágneses konfiguráció lokális minimumainak meghatározására módosítottam a nemlineáris konjugált gradiens módszert úgy, hogy alkalmas legyen R² direkt szorzatainak kezelésére. Ez a módszer gyorsabban képes meghatározni az energiaminimumot, mint egy, a Landau-Lifsitz-Gilbert egyenlet alapján dolgozó algoritmus.
Az eljárás segítségével meghatároztuk a skyrmionok átmérőjének függését a külső mágneses tértől. Kettős skyrmion rendszerek mágneses szerkezetét optimálva meghatároztuk a kölcsönhatási energiát a távolság függvényében. A kölcsönhatási energiákat felhasználva egy Ising modellt építünk fel a skyrmion rács véges hőmérsékletű leírására, amelyet Monte Carlo szimulációkkal tervezünk tanulmányozni.
1. Mühlbauer, S.; Binz, B.; Jonietz, F.; Pfleiderer, C.; Rosch, A.;Neubauer, A.; Georgii, R.; Böni, P. Science, 323, 915 (2009)
2. Yoshinori Tokura and Naoya Kanazawa, Chem. Rev., 121, 2857 (2021)
3. X. Zhang et al. J. Phys. Condensed Matter 32, 143001 (2020)
4. L. Rózsa E. Simon K. Palotás, L. Udvardi, L. Szunyogh, Phys. Rev. B93,
024417 (2016)
szerző
-
Török Mátyás
Fizika alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Udvardi László
tud. főmunkatárs, Elméleti Fizika Tanszék
