| |
|
Dissertation angenommen durch: Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik, 2002-01-29
BetreuerIn: Prof. Dr. Klaus D. Usadel , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik
GutachterIn: Prof. Dr. Klaus D. Usadel , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik
GutachterIn: Prof. Dr. Dietrich Wolf , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik
Schlüsselwörter in Deutsch: Computersimulationen, magnetische Nanostrukturen, klassisches Spinmodell, Ummagnetisierungsprozesse
|
|
| |
|
Abstrakt in Deutsch
Magnetische Nanostrukturen spielen für die Grundlagenforschung im Bereich der Informationstechnologie eine große Rolle seit es möglich geworden ist, diese kontrolliert herzustellen und zu untersuchen. Im Zuge der Miniaturisierung magnetischer Strukturen sind neue physikalische Effekte entdeckt worden. Thermisch aktivierte Ummagnetisierungsprozesse lassen sich nicht mit Theorien erklären, die makroskopische Ferromagnete beschreiben. Von besonderem Interesse ist das Verständnis des Einflusses von endlichen Temperaturen auf das Ummagnetisierungsverhalten sowie auf die magnetische Stabilität von ferromagnetischen Partikeln, da diese Aspekte relevant sind für die Entwicklung neuer magnetischer Datenspeicher. In dieser Dissertation wird ein Überblick über numerische Methoden gegeben, die auf einem klassischen Spinmodell beruhen, mit deren Hilfe thermisch aktivierte Ummagnetisierungsprozesse untersucht werden können. Für die Simulationen wird zum einen die numerische Lösung der Landau-Lifshitz-Gilbert-Gleichung mit Langevin-Dynamik und zum anderen eine Monte-Carlo-Methode in Kombination mit einem sogenannten quantifizierten Zeitschritt verwendet. Das thermisch aktivierte Ummagnetisierungsverhalten von verschiedenen Nanostrukturen wird in dieser Arbeit untersucht. Neben dem Kurzzeitverhalten wird hauptsächlich das Langzeitverhalten von zylindrischen Strukturen untersucht, in denen unterschiedliche Ummagnetisierungmoden wie kohärente Rotation, Nukleation und {\it Curling} in Abhängigkeit von der Probengeometrie und den Materialparametern gefunden werden. Für den eindimensionalen Grenzfall existieren asymptotische analytische Lösungen für die Energiebarrieren sowie die charakteristischen Zeiten, so daß dieses Modell zur Überprüfung der entwickelten numerischen Verfahren geeignet ist. Die Implementierung der Fast-Fourier-Transformations-Methode in die Monte-Carlo-Methode sowie die Interpretation des verwendeten klassischen Spinmodells als eine Diskretisierung des Kontinuumsmodells erlaubt die Computersimulationen realistischer Systeme. Eine solche Anwendung ist die Untersuchung von thermischen Ummagnetisierungsprozessen in nanostrukturierten Leiterbahnen während des Durchlaufens einer Hysterese. Mittels dieser so gewonnenen Einblicke in die auftretenden Ummagnetisierungsmoden können Rückschlüsse auf den Magnetowiderstand gezogen werden. Die aus diesen Untersuchungen resultierenden numerischen Daten stehen in Einklang mit experimentell gewonnenen Daten aus Untersuchungen an nanostrukturierten Co-Leiterbahnen.ieses neuartige Verfahren ermöglicht es, die quasi-Zeitskala der Monte-Carlo-Simulation auf realistische Zeitintervalle abzubilden.
Abstrakt in Englisch
Magnetic nanostructures play a crucial role for the research in information technology, since magnetic materials are controllable on a nanometer scale. With decreasing size novel physical effects are observed which cannot be explained by means of theories describing macroscopic ferromagnets. In particular the understanding of the influence of finite temperatures on the reversal behavior and the magnetic stability of nanostructures is of broad interest since these aspects are very important for the development of new magnetic storage devices. This work gives an overview of numerical methods basing on a classical spin model. With the aid of these methods thermal activation processes can be investigated. The numerical solution of the Landau-Lifshtiz-Gilbert equation with Langevin dynamics as well as the Monte Carlo method with a so-called quantified time step is presented. This new procedure maps the quasi time scale of a Monte Carlo simulation on a realistic time scale. In this work activated magnetization processes in different kinds of nanostructures are investigated. Besides the investigation of fast switching processes, mainly the long-time behavior of elongated particles is studied. In these models different reversal mechanisms like coherent rotation, nucleation and curling can be observed depending on the sample geometry and the material parameters. In the one dimensional case, analytical asymptotic solutions for the energy barrier and the characteristic time exist, so that this model is convenient for testing the developed numerical methods. The implementation of the Fast Fourier Transformation method in the Monte Carlo method as well as the interpretation of the classical spin model in the sense of the continuums theory allows for a computer simulation of realistic systems. An application is the investigation of thermally activated reversal processes in nanowires during a hysteresis loop. The insights in the occurring reversal modes give information about the expected magnetoresistance. The results of these numerical investigations are compatible with the data from experimental observations of Co nanowires.
|
|