自1996年理论预言自旋极化电流通过铁磁器件时会对局域磁矩施加力矩,自旋转移矩(spin transfer torque, STT)效应受到人们的广泛关注。在自旋阀结构中,STT效应可以驱动自由层磁矩翻转或者激发自由层磁矩振荡,从而可以应用于高密度磁性随机存储器(MRAM)以及高频发生器(spin torque oscillator)。本论文采用微磁学模拟方法,针对自旋转移矩开展了两方面的研究工作,主要内容如下：首先,通过微磁学模拟技术,我们设计并研究了自旋振荡生物传感器。利用自旋振荡器的振荡频率对外磁场的良好线性关系,该自旋振荡生物传感器通过自旋振荡器的振荡频率的移动可以探测磁性颗粒的杂散场,从而可以探测磁性颗粒标记的生物分子。这种方法为分子识别,药物诊断等提供新的探测工具。微磁学模拟结果显示：直径为40纳米的磁性颗粒可以使自旋振荡器产生0.26GHz频率移动。磁性颗粒的尺寸,位置以及个数对自旋振荡器的振荡频率都有影响：随着颗粒尺寸增大或磁性颗粒从传感器边缘移动到中央,频移增大；随着磁性颗粒距传感器高度增大,频移减少;颗粒个数增大,频移线性增大。其次,我们模拟了在自旋阀结构中静磁场辅助自旋转移矩效应诱导磁矩翻转。通过理论分析,在自旋阀自由层的面内施加静磁场,有效降低了临界电流密度。模拟显示施加1Oe的水平静磁场,临界电流密度由1×107A/cm2降低到0.5×107A/cm2,为MRAM的实际应用提供了理论基础。此外,随着外加磁场的增大,磁矩翻转速度加快,翻转时间由6ns减少到2ns。
