micromagnetism; fast strayfield solver; gpu computing
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Abstract:
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine GPU-beschleunigte Software zur Simulation von Spindynamik vorgestellt. Das Programm enthält einen Solver für die Landau-Lifshitz-Gilbert-Gleichung für ein atomistisches Spinmodell, das Dipol-Dipol-, Austausch-, Anisotropie- und Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkungen berücksichtigt und damit die Untersuchung magnetischer Skyrmionen ermöglicht. Weiters wird mittels einer Kontinuumsannahme des Magnetfeldes das mikromagnetische Modell eingeführt und in der Software implementiert. Die numerischen Methoden, die zur Lösung dieser Modelle benötigt werden, werden mit einem Schwerpunkt auf Finite-Differenzen-Methoden, Faltungen mittels Fourier-Transformationen und adaptive Zeitintegrationstechniken präsentiert. Darüber hinaus wird eine Implementierung der Stringmethode vorgestellt und zur Untersuchung der Annihilationsenergie magnetischer Skyrmionen verwendet.
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Within the scope of this thesis a GPU-accelerated software for the simulation of spin dynamics is presented. The program features a solver for the Landau{Lifshitz{Gilbert equation for an atomistic spin model considering dipole-dipole, exchange, anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interactions thereby allowing for the investigation of magnetic skyrmions. By applying a continuum assumption, a micromagnetic description is derived and also implemented in the software. The discrete numerical methods needed for the solution of these models are discussed with a focus on nite difference methods, fast convolutions and adaptive time integration techniques. Furthermore, an implementation of the string method, a numerical method for the calculation of minimum energy paths in barrier-crossing events, is presented and used to investigate the annihilation energy of magnetic skyrmions.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
