Magnetization dynamics and energy dissipation in magnetic thin films

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Ilari Rissanen

Organisaatiot

Kuvaus

Magneettiset ohutkalvot ovat magneettisesta materiaalista valmistettuja kerroksia, joiden paksuus vaihtelee kalvosta riippuen muutamasta atomikerroksesta (ns. ultraohut kalvo) muutamaan mikrometriin. Magneettisissa ohutkalvoissa esiintyy monipuolisia magnetisaatiorakenteita, kuten magneettisia kuplia, sokkelomaisia kuvioita ja topologisia solitoneja tai defektejä. Magnetisaation dynamiikka, joka voidaan saada aikaan esimerkiksi ulkoista magneettikenttää käyttäen, on mag-neettisissa ohutkalvoissa hyvin monimuotoista, sisältäen muun muassa magneettisten seinämien vyörymäisiä liikkeitä (niin kutsuttua Barkhausenin kohinaa) sekä vorteksien ja antivorteksien synty- ja annihilaatioprosesseja tasoon magnetoituneissa ohutkalvoissa. Magneettisia ohutkalvoja tutkitaan paljon niiden erityisten magneettisten ominaisuuksien sekä potentiaalisten sovellusten, kuten magneettisten muistien ja mikroelektromekaanisten systeemien (MEMS) vuoksi. Magnetisaation muutos, esimerkiksi magneettisen seinämän liikkuessa edellämainitussa Barkhausenin kohinassa, saa materiaalin alkeismagneeteissa aikaan pyörimisliikkeen, joka tun-netaan Larmorin prekessiona. Tämä prekessioliike vaimenee nopeasti, ja magnetisaatio mukautuu uuteen konfiguraatioon. Liikkeen vaimeneminen johtuu kytkennöistä aineen magneettisten, sähköisten ja fononisten vapausasteiden välillä, jotka muuntavat magneettisten momenttien liike-energiaa hilarakenteen lämpövärähtelyiksi. Tämänkaltaiset magneettiset häviöt ovat oleellisia sovelluksissa, joissa on muuttuvia sähkömagneettisia kenttiä tai liikkuvia komponentteja sähkömagneettisissa kentissä, kuten muuntajissa, sähkömoottoreissa ja magneettisissa laakereissa. Tässä työssä tutkitaan magneettisia häviöitä ohutkalvoissa mikromagnetismisimulaatioiden avulla. Tutkimuksen painopisteenä ovat magnetisaation dynamiikka ja häviöt, jotka johtuvat ohutkalvon liikkeestä joko ulkoisessa kentässä tai suhteessa toiseen ohutkalvoon. Julkaisu I keskittyy topologisten defektien dynamiikkaan ja energiahäviöihin Permalloy-ohutkalvossa, joka relaksoituu satunnaisesta magneettisesta konfiguraatiosta. Julkaisussa II kehitämme olemassaolevaan mikromagnetismisimulaatio-ohjelmistoon laajennuksen, jolla voimme tutkia liikkuvia ohutkalvoja. Julkaisut III ja IV käyttävät laajennusta magneettisten seinämien dynamiikan ja siitä johtuvien häviöiden tutkimiseen kohtisuoran magneettisen anisotropian ohutkalvoissa. Julkaisussa III syvennytään magnetisaatiodynamiikan aiheuttamaan korkeataajuisen mekaanisen oskillaation vaimenemiseen, ja julkaisussa IV keskitytään magneettisiin häviöihin, jotka johtuvat magneettisten seinämien liikkeestä epäjärjestystä sisältävissä ohutkalvoissa.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8705-4
Sähköinen ISBN978-952-60-8706-1
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • mikromagnetismi, domain-dynamiikka, magneettinen kitka, simulointi

ID: 37538888