物理与电信工程学院本科生陈志源在国际物理类权威期刊Physical Review B发表系列论文

近日，物理与电信工程学院2015级本科生陈志源关于反铁磁材料畴壁动力学的微磁学模拟两项研究工作分别被国际物理类顶尖期刊Physical Review B接受发表，其中一篇为Rapid communication。

随着大数据时代的到来，对信息存储的要求越来越高。反铁磁材料由于在下一代自旋电子学器件如高速赛道存储器中具有重大潜在应用价值，成为凝聚态物理和自旋电子学研究的前沿。相比于铁磁材料，反铁磁材料由于磁矩为零，抗外界干扰能力强，具有高存储稳定性和高的集成密度。此外，其超快动力学性质也使得相关数据可以被高速传输。针对将来的器件应用，畴壁动力学调控与信息传输等密切相关，是当前关键核心问题。

目前，绝大多数反铁磁畴壁动力学理论工作都是基于原子模型的Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程模拟，对于大尺寸体系来说其计算量非常大，也很难考虑温度效应导致的磁矩大小变化等因素。因此，当前的研究亟待人们去寻找开发更为高效的模拟计算方法，用来更好的研究实际体系的动力学行为。相比于LLG方程模拟，Landau-Lifshitz-Bloch (LLB)方程可以很好地考虑各项参数和磁矩大小等随温度的变化，使得模拟更接近于实际。基于粗粒化思想以及前人关于亚铁磁体系的LLB方程，陈志源推导出了适用于反铁磁多畴体系的LLB方程，使得研究大尺寸体系有限温度反铁磁动力学成为可能，为相关理论和模拟计算提供了强有力的新计算手段。其中粗粒化处理如图1所示。基于该方法的理论和模拟计算很好地描述了相变温度点附近的畴壁动力学行为，并揭示了新的动力学现象。更重要的是，其计算所需时间比相应的LLG模拟少两个数量级，大大提高了计算效率，充分展示了该理论的高效性。目前，该工作已被Physical Review B接受发表，论文题目是《The Landau-Lifshitz-Bloch equation for domain wall motion in antiferromagnets》。

此外，在赛道存储器里，人们通常会引入缺陷来钉扎畴壁，进而固定畴壁的位置，并同时提高其稳定性。在实际材料里，钉扎效应也不可避免地会对畴壁的动力学行为产生很大的影响。然而，目前很少有研究关注反铁磁畴壁的钉扎效应，其物理机制有待进一步揭示。陈志源首次从理论和模拟的角度详细地研究了反铁磁畴壁的钉扎效应。研究表明，畴壁脱钉场与凹槽的尺寸和体系内在参数相关，并且阻尼系数可以显著改变脱钉场的大小(图2所示)，而这一点与人们之前对脱钉场的认识是不同的。利用模拟和拉格朗日量方法很好的对该现象进行了解释。进一步的研究结果表明，反铁磁畴壁脱钉扎的速度比铁磁畴壁的要快三个数量级，从另一个角度再次体现了反铁磁超快的动力学性质。目前该工作已被Physical Review B (Rapid Communication)接受发表，论文题目是《Ultrafast depinning of domain wall in notched antiferromagnetic nanostructures》。审稿人对该研究工作给予了高度评价，认为该工作非常及时，是第一次对该领域缺陷钉扎效应的研究，“This study is timely and represents to my knowledge one of the first attempt in modeling this kind of phenomena on this challenging class of material and fast developing branch for spintronics.”

陈志源同学在读期间取得了丰硕的研究成果和优异的学习成绩，曾获得国家奖学金并入选华南师范大学“十佳砺儒学子”光荣称号。在我校物理学部秦明辉副教授的指导下，其所在磁性材料模拟本科生研究团队近年来取得了丰硕的研究成果。近三年本科生已累计发表SCI收录论文12篇，其中包括国际物理类权威期刊Physical Review B 5篇和New Journal of Physics 3篇，相关研究成果获得“挑战杯”大学生课外学术科技作品广东省竞赛特等奖和一等奖各1项，有力促进了我校物理学一流学科的建设。研究团队表示诚挚欢迎有志科研，踏实勤奋，努力上进的优秀本科生加入研究团队，共同学习进步。