Magneettisen rajapinnan dynaaminen hystereesi permalloy-nanolangassa
Kuokkanen, Emilia (2020)
2020
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-11-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202011268236
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202011268236
Tiivistelmä
Ferromagneettinen materiaali on spontaanisti magnetoitunutta ja jakautunut itsestään magneettisiksi alkeisalueiksi. Alkeisalueiden välillä on niiden rajapinta, joka liikkuu ulkoisen häiriön vaikuttaessa aineeseen. Ajasta riippuvan ulkoisen magneettikentän vaikuttaessa ferromagneettiseen systeemiin siinä ilmenee dynaaminen hystereesi. Ilmiö aiheuttaa systeemissä vasteessa viiveen, kun ulkoinen kenttä muuttuu niin nopeasti, ettei systeemin vaste ehdi seurata kentän muutosta.
Tässä kandidaatintutkielmassa tutkittiin simulaation avulla dynaamista hystereesiä nanolangassa ulkoisen kentän muuttuessa. Simuloitava nanolangan kaistale oli kooltaan 256 x 32 x 1 nm. Tutkittavan kaistaleen pituutta kasvatettiin simulaatioissa, jos alkeisalueen rajapinta läheni liikaa kaistaleen päätä. Kaistaleen pituus oli 256 nm, 512 nm tai 1024 nm. Simulaatio suoritettiin Landau-Lifshitz-Gilbert-yhtälön numeerisesti ratkaisevalla MuMax3-ohjelmalla. Systeemiin vaikuttava sinimuotoinen ulkoinen magneettikenttä muuttui x-suunnassa, ja kentän taajuutta sekä amplitudia muutettiin simuloinnin mukaan. Simuloinnin tavoite oli saavuttaa stabiili silmukka sekä magnetisaation konfguraatioiden kuvia, joita tutkittiin amplitudin ja taajuuden suhteen.
Magnetisaation konfguraatioista havaittiin magnetisaation liike alkeisalueiden välisellä rajapinnalla. Silmukat olivat stabiileja ja kallistuneita oikealle. Taajuuden ollessa 0,19 GHz ja kentän amplitudi 11 mT havaittiin Walker breakdown-ilmiö. Tällöin rajapinnan magnetisaation suunta kääntyi antivorteksin liikkuessa kaistaleen poikki ja silmukka kallistui vasemmalle. Yleisesti antivorteksi esiintyi kaistaleen alalaidassa. Suurilla amplitudin arvoilla esiintyi monimutkaista turbulenttia dynamiikkaa. Myös silmukan muoto muuttui soikeasta monimutkaisemmaksi. Liike muuttui hyvin hitaaksi, kun taajuuden arvo kasvoi suureksi eikä kunnollista hystereesisilmukkaa ehtinyt muodostua simulaation aikana.
Tässä kandidaatintutkielmassa tutkittiin simulaation avulla dynaamista hystereesiä nanolangassa ulkoisen kentän muuttuessa. Simuloitava nanolangan kaistale oli kooltaan 256 x 32 x 1 nm. Tutkittavan kaistaleen pituutta kasvatettiin simulaatioissa, jos alkeisalueen rajapinta läheni liikaa kaistaleen päätä. Kaistaleen pituus oli 256 nm, 512 nm tai 1024 nm. Simulaatio suoritettiin Landau-Lifshitz-Gilbert-yhtälön numeerisesti ratkaisevalla MuMax3-ohjelmalla. Systeemiin vaikuttava sinimuotoinen ulkoinen magneettikenttä muuttui x-suunnassa, ja kentän taajuutta sekä amplitudia muutettiin simuloinnin mukaan. Simuloinnin tavoite oli saavuttaa stabiili silmukka sekä magnetisaation konfguraatioiden kuvia, joita tutkittiin amplitudin ja taajuuden suhteen.
Magnetisaation konfguraatioista havaittiin magnetisaation liike alkeisalueiden välisellä rajapinnalla. Silmukat olivat stabiileja ja kallistuneita oikealle. Taajuuden ollessa 0,19 GHz ja kentän amplitudi 11 mT havaittiin Walker breakdown-ilmiö. Tällöin rajapinnan magnetisaation suunta kääntyi antivorteksin liikkuessa kaistaleen poikki ja silmukka kallistui vasemmalle. Yleisesti antivorteksi esiintyi kaistaleen alalaidassa. Suurilla amplitudin arvoilla esiintyi monimutkaista turbulenttia dynamiikkaa. Myös silmukan muoto muuttui soikeasta monimutkaisemmaksi. Liike muuttui hyvin hitaaksi, kun taajuuden arvo kasvoi suureksi eikä kunnollista hystereesisilmukkaa ehtinyt muodostua simulaation aikana.