上海大学学报(自然科学版)

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铁磁薄膜快速稳定的磁化动力学控制

李欣和,班玥   

  1. 上海大学 材料科学与工程学院电子信息材料系,上海200444
  • 接受日期:2021-09-18
  • 通讯作者: 班玥(1982-),女,博士,副教授,研究方向为量子计算与量子机器学习。 E-mail:yban@shu.edu.cn
  • 基金资助:
    基于绝热捷径技术的量子近似优化算法及其应用研究

Fast and Robust Magnetization Dynamics Control of Ferromagnetic Thin Film

LI Xin-he,BAN Yue   

  1. School of Materials Science and Engineering , Shanghai University, Shanghai 200444, China
  • Accepted:2021-09-18

摘要: 本文提出了亚微米铁磁薄膜磁化动力学的快速控制方案。由于自旋轨道耦合作用,外加电场所激发的自旋极化电流通过s-d交换耦合引起铁磁层的局域磁矩发生偏转。我们使用反控制法——一种量子绝热捷径技术,在亚微米铁磁薄膜模型中提出了电场控制方案,实现了磁化向量方向快速反转,并对电场强度进行了最优化设计。我们还分析了铁磁薄膜形状各向异性下的电场控制方案。相比于现有方法,该方案将磁化向量反转时间缩短了约一个数量级,并且具有更好的鲁棒性。

关键词: 铁磁性材料, 磁化动力学, 自旋轨道耦合, 量子绝热捷径技术

Abstract: A fast control protocol for magnetization dynamics of a submicron ferromagnetic thin film is proposed in this paper. Due to the spin-orbit coupling, the spin-polarized current generated by the external electric field induces the magnetization rotation in the local magnetic moment of the ferromagnetic layer via the s-d exchange coupling. We apply the inverse engineering method, one technique of Shortcuts to Adiabaticity, to flip the magnetization orientation in the submicron ferromagnetic thin film and optimise the intensity of the electric field. We also analyze the control schemes for the ferromagnetic thin film with both isotropic and anisotropic shape. Our proposed protocol is capable to shorten the reversal time of the magnetization vector comparing with the existing methods by one order of magnitude and exhibits better robustness.

Key words: ferromagnetic material, magnetization dynamics, spin-orbit coupling, shortcuts to adiabaticity

中图分类号: