本发明属于自旋电子领域，具体涉及一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法。
背景技术：
1、光学频率梳(ofc)是频域中由一系列离散、等间距和相位锁定的激光器组成的宽频谱。由于其优异的时间-频率参考特性、高度相干和稳定的输出，ofc广泛应用于原子钟、卫星导航、低噪声微波源和光谱学等重要领域。ofc的广泛应用极大地激发了研究人员探索其他类型的频率梳。在磁性领域，研究人员提出了多种生成磁子频率梳(mfc)的技术。然而，大多数mfc的研究集中在传播磁子与与单个斯格明子或涡旋相关的局域模式之间的三磁子或四磁子相互作用上。mfc的频率高于铁磁共振(fmr)频率，可能很快接近传统微波技术的检测限。另一方面，单个斯格明子在实验中的检测和操作具有挑战性。这些问题阻碍了基于mfc的磁子功能器件的高效、片上集成和可调谐实现。因此，对低频mfc的需求非常迫切。
2、与单个斯格明子相比，斯格明子晶体(skx)更为常见和稳定。重要的是，skx的旋进和呼吸频率远低于铁磁共振频率(fmr)。由于呼吸模式和旋转模式之间的正交性及其不同的频率特征，普遍认为它们不能通过共振方式相互耦合。一个自然而然的问题是：是否可能以非线性方式耦合斯格明子的呼吸和旋转模式，并在skx中形成磁子频率梳(mfc)？这是目前存在的问题。
技术实现思路
1、基于上述问题，本发明提供一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法，本发明建立了一个理论框架来描述斯格明子晶体(skx)的集体动态，并将其应用于旋进和呼吸模式的色散及其非线性三波混频，并通过微磁模拟验证了理论推导的带结构。
2、为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
3、首先，在铁磁系统中构建一维和二维斯格明子晶格；其次，理论计算一维斯格明子晶格的色散关系，以便确定能够在薄膜中进行传输的自旋波、呼吸模、旋进模的频率范围，然后，通过施加外场的方式来激发含有奈尔型斯格明子晶格的内在频谱以确定斯格明子的集体激发的呼吸频率。在具有限几何结构的斯格明子晶格中，集体斯格明子的旋转形成了驻波。在驻波的节点处，斯格明子并不呼吸，而是旋转。驻波的斯格明子呼吸和节点处的斯格明子旋转随后强烈地混合在一起，最终产生了磁子频率梳。频率间距等于节点处斯格明子旋转的频率。我们观察到这一过程在一维(1d)和二维(2d)斯格明子晶体中，并展示了在斯格明子晶体中生成低能级磁子频率梳的通用机制。具体包含以下步骤：
4、s1、在铁磁系统中构建一维和二维斯格明子晶格；
5、s2、构建铁磁薄膜中呼吸模式和旋进模式的色散关系：
6、ωg＝c1+2c2 cos(k·a)
7、
8、其中，ωg表示旋进模式的频率，ωb表示呼吸模式的频率，k＝(kx,ky)为自旋波的波矢量，c1＝kg/g,c2＝i/g,c3＝kb/m,c4＝γ/m,kb(g)表示与第j个斯格明子的呼吸(旋转)运动相关的弹性系数，γ为两个呼吸斯格明子的耦合系数，i是两个旋进斯格明子的耦合系数，g是旋进系数，m是斯格明子质量。
9、s3、通过在铁磁斯格明子晶格上施加外磁场的方式，获得铁磁斯格明子晶格的频谱和色散，对内部频谱上的每个峰值点进行分析，在整个薄膜上施加峰值点对应的频率的单频场，通过观察斯格明子晶格的振幅和相位变化，从而确定斯格明子晶格的呼吸和旋进模式的能带结构；
10、s4、对斯格明子晶格施加单个外场，具体为以s3中得到的呼吸模式的频率范围施加单频驱动场，从而通过呼吸模与驻波波节处旋进模的三磁子过程产生频率梳。
11、s1中所述铁磁薄膜的材料参数为：交换作用常数aex＝15pj/m，各向异性常数ku＝6×105j/m3，界面dm相互作用常数d＝3mj/m2，饱和磁化强度ms＝5.8×105a/m，吉尔伯特阻尼常数α＝1×10-3，一维铁磁斯格明子晶格的尺寸为800×40×1nm3；二维铁磁斯格明子晶格的尺寸为800×700×1nm3。
12、s3模拟计算得到的在一维铁磁斯格明子晶格呼吸模的频率范围为13.4ghz～20.4ghz；旋进模的频率范围为0.1ghz～4ghz。在二维铁磁斯格明子晶格呼吸模的频率范围为11.2ghz～23.3ghz；旋进模的频率范围为0.01ghz～2.6ghz。
13、进一步的，s3中所述获得铁磁薄膜中斯格明子晶格的内部频谱的具体方法为：在铁磁薄膜中斯格明子晶格上施加一个辛格函数形式的外磁场，将铁磁薄膜划分为多个离散的单元，对每个单元的模拟结果进行标准快速傅里叶变换，然后对整个铁磁薄膜的所有剖分单元进行求和平均，从而得到这个薄膜系统的内部频谱。对每个单元的模拟结果进行二维傅里叶变换，进而得到整个系统的色散关系。
14、进一步的，所述辛格函数形式的外磁场为其中h0＝5mt为外磁场振幅，ωh/2π＝30ghz为截止频率,表示外磁场沿x方向。
15、本发明的有益效果为，一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法，扩展了磁子频率梳的应用领域。磁子频率梳的生成涉及非线性散射现象，为了更深入的研究该现象的丰富特性，探索具有附加特性的磁子频率梳的新型磁性材料和结构时有是必要的。我们的发现显著提高了从单频微波输入进行非线性频率转换的效率，并建立了斯格明子晶体(skx)与磁子频率梳(mfc)之间的协同关系，可以开发出具有超快响应和调控特性的磁子器件，这些器件可能在光谱分析、计量测量和传感器等领域发挥重要作用。
1.一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法，其特征在于，s1中所述铁磁薄膜的材料参数为：交换作用常数aex＝15pj/m，各向异性常数ku＝6×105j/m3，界面dm相互作用常数d＝3mj/m2，饱和磁化强度ms＝5.8×105a/m，吉尔伯特阻尼常数α＝1×10-3，一维铁磁斯格明子晶格的尺寸为800×40×1nm3；二维铁磁斯格明子晶格的尺寸为800×700×1nm3。
3.根据权利要求2所述的一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法，其特征在于，s3模拟计算得到的在一维铁磁斯格明子晶格呼吸模的频率范围为13.4ghz～20.4ghz；旋进模的频率范围为0.1ghz～4ghz，在二维铁磁斯格明子晶格呼吸模的频率范围为11.2ghz～23.3ghz；旋进模的频率范围为0.01ghz～2.6ghz。
4.根据权利要求1所述的一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法，其特征在于，s3中所述获得铁磁薄膜中斯格明子晶格的内部频谱的具体方法为：在铁磁薄膜中斯格明子晶格上施加一个辛格函数形式的外磁场，将铁磁薄膜划分为多个离散的单元，对每个单元的模拟结果进行标准快速傅里叶变换，然后对整个铁磁薄膜的所有剖分单元进行求和平均，从而得到这个薄膜系统的内部频谱，对每个单元的模拟结果进行二维傅里叶变换，进而得到整个系统的色散关系。
5.根据权利要求4所述的一种基于斯格明子晶格产生低频磁子频率梳的方法，其特征在于，所述辛格函数形式的外磁场为其中h0＝5mt为外磁场振幅，ωh/2π＝30ghz为截止频率,表示外磁场沿x方向。
