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<div class="csl-entry">Suess, D. (2002). <i>Micromagnetic simulations of antiferro- and ferromagnetic structures for magnetic recording</i> [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-9835</div>
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Finite element micromagnetic simulations are performed. The time evolution of the magnetization is obtained from the numerical time integration of the Landau-Lifshitz-Gilbert equation. It is shown that the efficiency of the time integration scheme can be drastically increased by the additional information of the energy curvature (preconditioning). The method is applied to study the magnetic properties of different applications of magnetic storage systems. The switching time and switching field of perpendicular recording media is investigated. Numerical simulations show that with ultra fast field pulses (picosecond regime) fast switching modes exists for small external field strengths. Particularly interesting is the fact that in that regime the switching time decreases with smaller external field strengths. The damping parameter a, that describes in the Landau-Lifshitz-Gilbert equation the relaxation towards equilibrium, is found to change both the switching time and the switching mode. The magnetic properties of chemically synthesized FePt was investigated in order to explain the experimentally observed remanence enhancement and the small coercive field compared to the anisotropy field. Both the coercivity and the remanence are found to agree well with experiments when multiple c-axes within every FePt nanoparticles are assumed. Experiments on diluted Nd2Fe14B nanoparticles in a non magnetic phase show that in the thermally demagnetized state a proportion of grains contains domain walls although the minimum energy state is single domain. Micromagnetic calculations confirmed the formation of domain walls in the thermally demagnetized state because the lowest energy state is separated by a large energy barrier. A continuum approach is developed that allows to explore the magnetic domain structures in granular antiferromagnetic/ferromagnetic bilayers. The micromagnetic equation for both the ferromagnet and antiferromagnet are solved using the finite element method. The formation of lateral domain walls in the antiferromagnet is found to play an important role in order to explain the exchange bias effect. Although used in applications the origin of exchange bias at compensated interfaces cannot be explained by current theories. The presented model that relies on the granularity of the antiferromagnet results in exchange bias at compensated interfaces. The experimentally observed change of the bias field and the coercivity with the number of hysteresis cycles (training effect) is explained by the change of the domain structure in the antiferromagnet.
en
dc.description.abstract
Mikromagnetische Simulationen mit Hilfe der Methode der finiten Elemente wurden durchgeführt. Die Zeitentwicklung der Magnetisierung folgt aus der Zeitintegration der Landau-Lifshitz-Gilbert Gleichung. Es wurde gezeigt, daß die Effizienz der Zeitintegration stark verbessert werden kann, wenn der Zeitintegration zusätzliche Information über die Krümmung der Energielandschaft bereitgestellt wird (Vorkonditionierung). Die Methode wurde für die Berechnung der magnetischen Eigenschaften von verschiedenen magnetischen Speichersystemen angewandt. Die Ummagnetisierungszeit und das Koerzitivfeld von vertikalen Festplattenmedien wurde untersucht. Die numerischen Simulationen zeigen, daß bei ultra kurzen Feldpulsen (Picosekunden Bereich) schnelle Ummagnetisierungsmoden auftreten. Speziell bemerkenswert ist die Tatsache, daß in diesem Feldbereich die Ummagnetisierungszeit mit sinkender Feldstärke abnimmt. Die Dämpfungskonstante a, die in der Landau-Lifshitz-Gilbert Gleichung die Relaxation in das Gleichgewicht beschreibt, ändert sowohl die Ummagnetisierungszeit als auch die Ummagnetisierungsmode. Die experimentell gefundene Erhöhung der Remanenz und die verglichen mit dem Anisotropiefeld relativ kleinen Koerzitivfelder wurden für chemisch synthetisierten FePt Teilchen untersucht. Sowohl das Koerzitivfeld als auch die erhöhte Remanenz stimmen sehr gut mit Experimenten überein, wenn mehrere leichte Richtungen in den FePt Nanoteilchen angenommen werden. Experimente an Nd2Fe14B Nanoteilchen, verdünnt in einer nichtmagnetischen Phase, zeigen, daß im thermisch entmagnetisierten Zustand Domänen in den Nanoteilchen auftreten, obwohl der Zustand mit minimaler Energie der Eindomänenzustand ist. Mikromagnetische Simulationen konnten zeigen, daß der Eindomänenzustand tatsächlich minimale Energie hat, dieser aber auf Grund einer Energiebarriere nicht erreichbar ist. Ein Kontinuummodell wurde entwickelt, das die Untersuchung der Domänenstruktur von Ferromagnet/Antiferromagnet Schichtsystemen erlaubt. Die mikromagnetischen Gleichungen für den Ferromagnet und den Antiferromagnet werden mit Hilfe der Methode der finiten Elemente gelöst. Es wurde gezeigt, daß die Bildung von lateralen Domänenwänden im Antiferromagnet bei der Erklärung des "Exchange Bias" Effektes eine wichtige Rolle spielen. Obwohl der Effekt vielfach angewendet wird, gibt es keine Theorie, die das Auftreten des "Exchange Bias" Effektes an kompensierten Oberflächen befriedigend zu erklären vermag. Das vorgestellte Modell zeigt, daß für granulare Antiferromagneten der "Exchange Bias" Effekt auch an kompensierten Oberflächen auftreten kann. Die Änderung der Stärke des "Exchange Bias" Effektes und der Koerzitivität (Trainingseffekt) bei wiederholtem Durchlaufen der Hysteresekurve kann durch die Änderung der Domänenstruktur im Antiferromagneten erklärt werden.
de
dc.language
English
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dc.language.iso
en
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dc.rights.uri
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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dc.subject
Mikromagnetismus
de
dc.subject
Finite-Elemente-Methode
de
dc.subject
Simulation
de
dc.title
Micromagnetic simulations of antiferro- and ferromagnetic structures for magnetic recording