Meerschalige modellering van magnetisch artificieel spinijs

Groep: DyNaMat

Promotoren en begeleider: Bartel Van Waeyenberge, Jonathan Leliaert en Pieter Gypens

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

Probleemstelling

dynamat4

“Spinijs” is een gefrustreerde magnetische structuur, gevormd door een geordend rooster van nanomagneten, waarin de geometrie ervoor zorgt dat niet elke interactie kan geminimaliseerd worden. De grondtoestand wordt gekarakteriseerd door een orde waarin op elk kruispunt van 4 magneten telkens 2 magnetische spins naar binnen en 2 naar buiten wijzen. De frustratie zorgt ervoor dat de grondtoestand ontaard is, waardoor echte samples typisch verschillende domeinen van verschillende toestanden vertonen (zie figuur).

In thermisch actief spin-ijs is de temperatuur hoog genoeg om de magnetisatie van de individuele nanomagneten van richting te laten wisselen. Deze individuele events vertalen zich op een hoger niveau tot interessante dynamica doorheen het gehele spin-ijs, zoals de beweging van de domeinen.

Ondanks de experimentele realisatie van deze systemen is de beweging van deze domeinen nog nooit direct geobserveerd, noch was er een geschikte simulatiemethode om deze thermisch gedreven dynamica te onderzoeken. Daardoor is het nog steeds een open vraag hoe deze domeinen zich dynamisch gedragen en hoe deze dynamica afhangt van precieze eigenschappen van het rooster, zoals de configuratie van de eilandjes, i.e. de rooster-topologie.

 

 

Doelstelling

Het doel van deze thesis is de meerschalige dynamica in thermisch evenwicht te onderzoeken.

Concreet wordt vertrokken vanuit de dynamica van individuele nanomagneten en de interactie met hun directe naburen, aan de hand van low-level micromagnetische simulaties. Onze groep staat hierin wereldwijd aan de top door de ontwikkeling van een micromagnetisch softwarepakket, MuMax3, dat geoptimaliseerd is om simulaties op grafische kaarten te laten draaien, en onlangs uitgebreid werd met de unieke mogelijkheid om grootschalige simulaties met thermische fluctuaties uit te voeren.

De verworven resultaten zullen dan aangewend worden om een eenvoudiger higher-level model op te stellen om de dynamica van een volledig spin-ijs te onderzoeken. De nadruk van dit onderzoek zal liggen op de beweging van de verschillende domeinen doorheen het spin-ijs.

Deze approach zal dan uitgebreid worden naar verschillende roosters, om de invloed van de rooster-topologie op de dynamica van de domeinen te onderzoeken.

Dit onderwerp kan ook opgenomen worden binnen de educatieve master. Aan dit onderwerp is geen mobiliteitsaspect verbonden.