Механизм переворота вихрей в магнитных нанодотах под действием циркулярного магнитного поля. I. Резонансное воздействие поля на собственные моды нанодота

Abstract

Для теоретического объяснения механизма переворота вихрей в магнитных нанодотах под действием циркулярного внешнего поля рассмотрена резонансная активация собственных мод двумерного легкоплоскостного ферромагнетика конечного размера полем данной симметрии. Аналитически показано, что при слабой легкоплоскостной анизотропии, когда вихрь имеет ненулевую поляризацию (полную намагниченность вдоль "тяжелой оси"), влияние поля на собственные моды системы имеет сложный характер. Циркулярное поле воздействует резонансным образом на азимутальные моды системы, в которых намагниченность зависит от азимутальной координаты (в виде прямого резонанса на собственных частотах азимутальных мод). Связь азимутальных и симметричных (не зависящих от азимутальной координаты) мод через внешнее поле приводит к появлению сложных параметрических резонансов на комбинированных частотах. Проведено сравнение полученных результатов с данными предыдущих численных исследований.

Для теоретичного пояснення механізму перевороту вихорів у магнітних нанодотах під впливом циркулярного зовнішнього поля розглянуто резонансну активацію власних мод двовимірного легкоплощинного феромагнетику кінцевого розміру полем даної симетрії. Аналітично показано, що при слабкої легкоплощинної анізотропії, коли вихор має ненульову поляризацію (повну намагніченість уздовж «важкої осі»), вплив поля на власні моди системи, має складний характер. Циркулярне поле впливає резонансним образом на азимутальні моди системи, у яких намагніченість залежить від азимутальної координати (у виді прямого резонансу на власних частотах азимутальних мод). Зв язок азимутальних і симетричних (не залежних від азимутальної координати) мод через зовнішнє поле приводить до появи складних параметричних резонансів на комбінованих частотах. Проведено порівняння отриманих результатів з даними попередніх чисельних досліджень.

The resonance activation of eigenmodes for a finite 2D easy-plane ferromagnet is considered to treat theoretically by the vortex switching in magnetic nanodots due to the action of external circular magnetic field. It is shown analytically that if the anisotropy is weak, i.e. the vortex has a nonzero polarity (total magnization along the z-axis), the process of the field action has a complicated nature. The circular field acts in a resonance way upon azimuthal system eigenmodes, in which magnetization depends on the azimuthal coordinate (as a direct resonance at the eigenfrequencies of these modes). The interaction of the azimuthal and symmetric modes (in which the magnetization does not depend on the azimuthal coordinate) via the applied field gives rise to complex parametric resonance at multifrequencies. The results obtained are compared with the data of previous numerical calculations.