Bepalen van de massa van magnetisch solitonen

Groep: DyNaMat
Promotor: Prof. Bartel Van Waeyenberge, Prof. Luc Dupré (faculteit ingenieurswetenschappen EA08)
Begeleiding: Jonathan Leliaert

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Trefwoorden: micromagnetisme, solitonen, nanotechnologie, numerieke simulatie

Probleemstelling

Toekomstige computer technologieën zullen niet enkel meer gebaseerd zijn op de elektronische eigenschappen van materialen, maar ook op hun magnetische eigenschapen, i.e. de spin van de elektronen. In zulke ‘spintonic’ componenten wordt de richting van de spin gebruikt om de data voor te stellen. Een voorbeeld is het ‘race track’ geheugenconcept, waarbij magnetisch domeinen in nano draden gebruikt worden om op een niet-vluchtige manier informatie op te slaan. Tussen deze domeinen bevinden zich domeinwanden die beschreven kunnen worden als een soliton, een gelokaliseerde excitatie van een continue medium.
De recente ontwikkelingen in de rekenkracht van computers maakt het mogelijk om zulke magnetische systemen op een efficiënte manier numeriek te onderzoeken. Dit onderzoek heeft uitgewezen dat er een hele reeks verschillende magnetische solitonen kunnen bestaan (bijvoorbeeld transversale domeinwanden, vortex domeinwanden, zie figuur), die onder invloed van externe krachten ook kunnen transformeren van de ene naar de andere vorm.
Thesis 2015-2016 dynamat1

Doelstelling

Voor deze thesis zal je op een systematische manier de eigenschappen van deze solitonen onderzoeken aan de hand van micromagnetische simulaties met het in huis ontwikkelde software pakket Mumax3 op een cluster van 20 GPU’s (Graphical Processing Units). Dit onderzoek zal zich voornamelijk richten op het bepalen van de massa van deze pseudo deeltje en hoe de transformaties tussen de verschillende toestanden kunnen beschreven worden aan de hand van hun energie.
Er zal gestart worden met het best gekende geval van een transversale domeinwand, waarvoor de massa onderzocht zal worden aan de hand van drie verschillende methodes. Daarna zullen deze methodes ook toegepast (en indien nodig aanpast worden) op de andere type solitonen. Tijdens dit onderzoek zal ook duidelijk worden hoe massa en energie in deze systemen gekoppeld zijn en hoe dan ook de transformaties in termen van energie beschreven kunnen worden.