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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-71847
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2015/7184/


Micromagnetic simulations of ferromagnetic domain walls in nanowires

Mikromagnetische Simulationen von Ferromagnetischen Domänenwänden in Nanodrähten

Gerhardt, Theo

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SWD-Schlagwörter: Mikromagnetismus , Nanodraht , Bloch-Wand , Simulation
Freie Schlagwörter (Deutsch): Feldinduziertes Schalten , Domänenwandpinnen , Domänenwanddynamik , senkrechtmagnetische Anisotropie
Freie Schlagwörter (Englisch): Field-induced switching , domain-wall pinning , domain-wall dynamics , perpendicular magnetic anistropy
Basisklassifikation: 33.16 , 33.75
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Meier, Guido (PD Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.01.2015
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 06.03.2015
Kurzfassung auf Englisch: In this work domain walls in nanowires with perpendicular magnetic anisotropy are investigated by means of micromagnetic simulations and analytical calculations. The creation of domain walls by field-induced switching is studied as well as the control of field- and current-driven domain-wall motion. In both cases a local reduction of the anisotropy constant is used in order to create artificial nucleation and pinning sites. The performed simulations reveal a local switching of the magnetization at the areas of reduced anisotropy. In dependence on the reduction of the anisotropy constant the corresponding switching fields decrease significantly. Eigenmode analysis is employed to determine the switching fields analytically. The calculated values are in excellent agreement with the data obtained by simulations. The local reduction of the anisotropy also creates an anisotropy boundary where the field- and current-driven domain walls get pinned. A one-dimensional model including the resulting pinning potential is derived in order to calculate the corresponding depinning fields and current densities. A perfect accordance between simulated and analytically obtained data is achieved. Depending on the characteristics of the anisotropy boundary an intrinsic and an extrinsic pinning regime can be identified. The one-dimensional model is furthermore employed to describe the rotational motion of a domain wall as it is driven through the anisotropy boundary. Again, a good agreement between the theoretical description and the micromagnetic simulation is obtained.
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit werden Domänenwände in Nanodrähten mit senkrechter magnetischer Anisotropie mit Hilfe von mikromagnetischen Simulationen und analytischen Berechnungen untersucht. Die Erzeugung von Domänenwänden durch feldinduziertes Schalten wird genauso studiert wie die Kontrolle von feld- und stromgetriebener Domänenwandbewegung. In beiden Fällen wird eine lokale Reduzierung der Anisotropiekonstanten benutzt, um künstliche Nukleations- bzw. Pinningzentren zu erzeugen. Die durchgeführten Simulationen zeigen ein lokales Schalten der Magnetisierung in den Bereichen mit reduzierter Anisotropie. In Abhängigkeit der Reduzierung der Anisotro-piekonstanten verringert sich das entsprechende Schaltfeld erheblich. Um die Schaltfelder analytisch zu bestimmen, wird eine Eigenmodenanalyse verwendet. Die berechneten Werte stimmen exzellent mit den durch die Simulationen erhaltenen Daten überein. Die lokale Reduzierung der Anisotropie erzeugt auch eine Anisotropiegrenzfläche, an der die feld- und stromgetriebenen Domänenwände gepinnt werden. Ein eindimensionales Modell wird einschließlich des resultierenden Pinningpotentials hergeleitet, um die entsprechenden Depinningfelder und -stromdichten zu berechnen. Es wird eine perfekte Übereinstimmung zwischen simulierten und analytisch erlangten Daten erreicht. In Abhängigkeit der Eigenschaften der Anisotropiegrenzfläche kann ein intrinsisches und ein extrinsisches Pinningregime identifiziert werden. Das eindimensionale Modell wird des Weiteren verwendet, um die Rotationsbewegung einer Domänenwand zu beschreiben, während diese durch die Anisotropiegrenzfläche getrieben wird. Wieder wird dabei eine gute Übereinstimmung zwischen theoretischer Beschreibung und mikromagnetischer Simulation erreicht.

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