Микромагнитное моделирование нерегулярной динамики перемагничивания наноразмерной пермаллоевой пленки со ступенчатым рельефом граничной поверхности

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведено трехмерное микромагнитное моделирование процесса перемагничивания пермаллоевой пленки, имеющей на одной из граничных поверхностей дополнительные элементы рельефа ступенчатой формы из того же материала. Показано, что в ходе перемагничивания в постоянном магнитном поле начальное распределение намагниченности, содержащее С-образную доменную стенку, трансформируется в зону перемагничивания, заполненную вихревыми структурами. При этом динамика перемагничивания становится нерегулярной. Для различных типов элементов поверхностного рельефа (полос, линейных или двумерных массивов прямоугольных параллелепипедов различного размера) выявлены особенности динамики зоны перемагничивания (изменение скорости, временное или окончательное прекращение движения). Описаны методы визуализации вихревых структур.

About the authors

В. В. Зверев

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Author for correspondence.
Email: vvzverev49@gmail.com
Russian Federation, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002; ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

References

  1. Parkin S.S.P., Hayashi M., Thomas L. Magnetic domain-wall racetrack memory // Science. 2008. V. 320. No. 5873. P. 190–194.
  2. Allwood D.A, Gang Xiong, Cooke M.D., Faulkner C.C., Atkinson D., Vernier N., Cowburn R. Submicrometer ferromagnetic NOT gate and shift register // Science. 2002. V. 296. No. 5575. P. 2003–2006.
  3. Hertel R., Schneider C.M. Magnetization dynamics during vortex-antivortex annihilation // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. No. 17. Art. No. 177202.
  4. Jun-Young Lee, Ki-Suk Lee, Sangkook Choi, Guslienko K., Sang-Koog Kim. Dynamic transformations of the internal structure of a moving domain wall in magnetic nanostripes // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. Art. No. 184408.
  5. Estévez V., Laurson L. Magnetic domain-wall dynamics in wide permalloy strips // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. Art. No. 064403.
  6. Estévez V., Laurson L. Fast vortex wall motion in wide permalloy strips from double switching of the vortex core // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. Art. No. 064420.
  7. Зверев В.В., Байкенов Е.Ж., Изможеров И.М. Динамические перестройки трехмерной топологической структуры движущейся доменной границы в магнитной пленке при наличии случайных возмущений // ФТТ. 2019. Т. 61. № 11. С. 2070–2083.
  8. Donelly C., Scagnoli V. Imaging three-dimensional magnetic systems with x-rays // J. Phys.: Cond. Matt. 2020. V. 32. No. 21. Art. No. 213001.
  9. Leliaert J., Dvornik M., Mulkers J., De Clercq J., Milošević M.V., Van Waeyenberge B. Fast micromagnetic simulations on GPU – recent advances made with mumax3 // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51. Art. No. 123002.
  10. Leliaert J., Mulkers J. Tomorrow’s micromagnetic simulations // J. Appl. Phys. 2019. V. 125. Art. No. 180901.
  11. Noske M., Stoll H., Fähnle M., Gangwar A., Woltersdorf G., Slavin A., Weigand M., Dieterie G., Förster J., Back C.H., Schütz G. Spin wave mediated unidirectional vortex core reversal by two orthogonal monopolar field pulses: The essential role of three-dimensional magnetization dynamics // J. Appl. Phys. 2017. V. 119. Art. No. 173901.
  12. Herranen T., Laurson L. Bloch-line dynamics within moving domain walls in 3D ferromagnets // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. Art. No. 144422.
  13. Fernández-Pacheco A., Streubel R., Fruchart O., Hertel R., Fischer P., Cowburn R.P. Three-dimensional nanomagnetism // Nature Communications. 2017. V. 8. Art. No. 15756.
  14. Sanz-Hernández D., Streubel R., Fernández-Pacheco A. Launching a new dimension with 3D magnetic nanostructures // APL Mater. 2020. V. 8. Art. No. 010701.
  15. Морозов А.И., Сигов А.С. Фрустрированные магнитные наноструктуры. М.: Физматлит, 2016. 140 с.
  16. Schneider T., Langer M., Alekhina J., Kowalska E., Oelschlägel A., Semisalova A., Neudert A., Lenz L., Potzger K., Kostylev M.P., Fassbender J., Adeyeye A.O., Lindner J., Bali R. Programmability of Co-antidot lattices of optimized geometry // Sci. Rep. 2017. V. 7. Art. No. 41157.
  17. Tahir N., Zelent M., Gieniusz R., Krawczyk M., Maziewski A., Wojciechowski T., Ding J., Adeyeye A.O. Magnetization reversal mechanism in patterned (square to wave-like) Py antidot lattices // J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. Art. No. 025004.
  18. Zverev V.V., Izmozherov I.M. Dynamical rearrangements of 3-D vortex structures in moving domain walls in continuous and antidot patterned permalloy films // IEEE Trans. Mag. 2022. V. 58. No. 2. Art. No. 4300805.
  19. Зверев В.В. Пиннинг вихрей при перемещении турбулентных волн перемагничивания в антидот пленках со сквозными и несквозными отверстиями // Изв. РАН: Сер. физ. 2023. Т. 87. № 3. С. 434–440.
  20. Малоземов А., Слонзуски Дж. Доменные стенки с цилиндрическими магнитными доменами / М.: Мир, 1982. 384 с.; Malozemoff A.P., Slonczewski J.C. Magnetic Domain Walls in Bubble Materials. New York: Academic Press, 1979.
  21. Vansteenkiste A., Leliaert J., Dvornik M., Helsen M., Garcia-Sanchez F., Waeyenberge B.V. The design and verification of MuMax3 // AIP Advances. 2014. V. 4. Art. No. 107133.
  22. Van de Wiele B., Manzin A., Vansteenkiste A., Bottauscio O., Dupré L., De Zutter D. A micromagnetic study of the reversal mechanism in permalloy arrays // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. Art. No. 053915.
  23. Streubel R., Kronast F., Rössler U.K., Schmidt O.F., Makarov D. Reconfigurable large-area magnetic circulation pattern // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. Art. No. 104431.
  24. Lebecki K.M., Donahue M.J., Gutowski M.W. Periodic boundary conditions for demagnetization interactions in micromagnetic simulations // J. Phys. D. 2008. V. 41. Art. No. 175005.
  25. La Bonte A.E. Two-dimensional Bloch-type domain wall in ferromagnetic films // J. Appl. Phys. 1969. V. 40. № 6. P. 2450–2458.
  26. Sutcliffe P. Vortex rings in ferromagnets: numerical simulations of the time-dependent three-dimensional Landau-Lifshitz equation // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. Art. No. 184439.
  27. Зверев В.В., Изможеров И.М., Филиппов Б.Н. Визуализация динамических вихревых структур в магнитных пленках с одноосной анизотропией (микромагнитное моделирование) // ФТТ. 2018. Т. 60. № 2. С. 294–306.
  28. Борисов А.Б., Киселев В.В. Двумерные и трехмерные топологические дефекты, солитоны и текстуры в магнетиках. М.: Физматлит, 2022. 456 с.
  29. Видеофильмы: https://youtu.be/-dQY-0neQGc, https://youtu.be/cfLeoMy5d6Y, https://youtu.be/VdwcB3DaU4o, https://youtu.be/aXpuKZVv-GI

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies