Simulatie van magnetische skyrmions

Groep: DyNaMat

Promotor: Prof. Bartel Van Waeyenberge

Begeleiding: Arne Vansteenkiste

Trefwoorden

micromagnetisme, nanotechnologie, numerieke simulatie

Probleemstelling

Skyrmions zijn quasi-deeltjes die kunnen voorkomen in de magnetische structuur van bepaalde ferromagnetische materialen. Ze kunnen gezien worden als excitaties van de homogene magnetische grondtoestand. Ze zijn slechts enkele nanometer groot, topologisch stabiel en kunnen door een medium bewegen zoals solitonen. Ze kunnen ook gecrëeerd en geannihileerd, net zoals elementaire deeltjes. Hun bestaan werd reeds theoretisch voorspeld, maar ze werden pas recent daadwerkelijk experimenteel waargenomen. Daarom worden skyrmions nu vanwege hun kleine afmetingen en stabiliteit gesuggereerd als nieuwe technologie voor data-opslag.

Het onderzoek naar magnetische skyrmions staat nog maar in zijn kinderschoenen en er valt nog heel wat te onderzoeken omtrent de dynamische eigenschappen en hoe deze nuttig kunnen aangewend worden. Hiervoor zijn numerieke simulaties het middel bij uitstek.

Doelstelling

thesisdy1.jpg

Figuur 1: Richting van de magnetisatie in een skyrmion. Elk pijltje stelt 1nm³ materiaal voor.

 

 

 

 

 

 

 

Het doel van deze the is het numeriek simuleren van magnetische skyrmions in dunne films, teneinde hun fundamentele eigenschappen beter te begrijpen. Naargelang de interesse van de student kunnen eigenmodes, voortbeweging, creatie/annihilatie, thermische stabiliteit of bruikbaarheid als geheugen-bit onderzocht worden.

n onze onderzoeksgroep zijn we in staat om algemene magnetische micro- en nanosystemen nauwkeurig te simuleren. Hiervoor gebruiken we volledig zelf ontwikkelde software om op een zelf gebouwde rekencluster met grafische kaarten (GPUs) rekenen. Deze haalt een totale rekenkracht van 40TFlops, vergelijkbaar met honderden CPUs. Dit stelt ons in staat de eigenschappen van skyrmions snel en nauwkeurig te simuleren.

De student heeft de keuze om onze bestaande software en GPU cluster te gebruiken, of naargelang zijn interesse zelf een vereenvoudigd model te implementeren. In het eerste geval zal het werk vooral bestaan uit het opzetten van input en dataverwerking zoals bvb fourier analyse van eigenmodes, zonder veel programmeerwek. In het tweede geval kan de student zelf een implementatie schrijven die de dynamica van een eindig aantal ferromagnetische spins onder invloed van de Heisenberg interactie uitrekent. Dit kan op CPU of GPU.

Locatie

De Sterre S1 / thuis

Website

Meer informatie op: http://dynamat.ugent.be