Berechnung der Lebenszeit von magnetischen Nanostrukturen

Abstract

Bei der Entwicklung neuer Speichertechnologien mit deren Hilfe die Speicherdichte weiter erhöht werden kann, ist die Kenntnis der Stabilität mikromagnetischer Teilchen gegenüber thermischen Einflüssen bzw. Magnetfeldern von großer Bedeutung. Die Theorie mit der sich die thermische Stabilität magnetischer Nanostrukturen beschreiben lässt basiert auf dem Arrhenius-Néel Gesetz welches ursprünglich entwickelt wurde um die Reaktionsrate chemischer Reaktionen zu beschreiben. Die von Kramers, Langer und andern weiterentwickelte Transition State Theorie (TST) beschreibt die Ummagnetisierung als Übergang des mikromagnetischen Teilchens zwischen zwei durch eine Anisotropiebarriere getrennte Energieminima. Zur Berechnung der Übergangsrate benötigt man eine genaue Beschreibung der Energielandschaft entlang des wahrscheinlichsten Pfades des Systems vom Anfangs zum Endzustand. Für diesen Zweck wird das Finite Elemente Softwarepaket FEMME verwendet, das durch Kombination von Finite Elemente Methode und nudged elastic band Methode die Beschreibung beliebig geformter mikromagnetischer Systeme ermöglicht.<br />Um die Attemptfrequenz f0 (Ummagnetisierungsfrequenz) numerisch bestimmen zu können wird die das System beschreibende Bewegungsgleichung, die Landau Lifshitz Gilbert Gleichung (LLG), um den Sattelpunkt des Übergangs linearisiert. Die Methode wird zurest an einem single-domain Teilchen überprüft und liefert dort eine sehr gute Übereinstimmung mit der für dieses einfache Problem existierenden analythische Lösung. In weiterer Folge wird die Berechnung durch eine Koordinatentransformation erweitert, um Probleme bei der numerischen Differentiation am Pol zu verhindern.