Energy dissipation phenomena in magnetic materials from computer simulations
Tid: To 2025-01-23 kl 13.00
Plats: Pärlan, Albano Campus Hus 1, Albanovägen 26
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fysik, Teoretisk fysik
Respondent: Zhiwei Lu , Tillämpad fysik
Opponent: Associate professor Richard Evans, University of York
Handledare: Professor Anna Delin, Fysik, Tillämpad fysik; Associate professor Danny Thonig, Örebro University; Associate professor Anders Bergman, Uppsala University
Abstract
Magnetiska material är grundläggande för olika informationsteknologiska tillämpningar, från datalagringsenheter till energieffektiv datorbearbetning. I takt med att efterfrågan på snabba och effektiva teknologier ökar blir det allt viktigare att förstå mekanismerna bakom energiförlust i dessa material. Denna avhandling undersöker de grundläggande mekanismerna för energiförlust i magnetiska material genom multiskalsimuleringar, med ett särskilt fokus på spinn- och gitterdelarna av systemen.
Ett centralt syfte med denna avhandling är att utmana och bredda den konventionella förståelsen av energiförlust i magnetiska material. Traditionellt har dämpning i spinnsystem behandlats som en enkel skalär storhet, men senaste forskningsutvecklingar tyder på ett mer komplext, icke-lokalt beteende som är korrelerat med omgivande miljöer. Trots dessa framsteg saknas experimentell verifiering av icke-lokal dämpning, då dess påverkan på experimentellt observerbara fenomen ännu inte är fullständigt utforskad. För att fylla denna kunskapslucka undersöker avhandlingen effekterna av icke-lokal spindämpning på livslängder och dynamik hos magnetiska excitationer, med vanliga metaller som Fe, Co, Ni och Fe-Co-legeringar som modellsystem.
Vid vidare analys av legeringssystem framgår det att traditionella teorier ofta bortser från kortdistansinteraktionernas påverkan, vilket leder till felaktigheter i förutsägelserna av magnetiska materials dissipativa egenskaper. För att hantera denna utmaning tillämpar avhandlingen en modell för icke-lokal spindämpning för att undersöka hur variationer i lokala atomära miljöer och legeringssammansättningar, särskilt i Fe-Co-system, påverkar energiförlust. Resultaten visar att även subtila förändringar i atomarrangemang och sammansättning kan ha en betydande inverkan på spindämpning, vilket understryker vikten av att finjustera energiförlust i spinnsystem på atomnivå.
Genom att utöka perspektivet utöver spinnsystem undersöker avhandlingen även energiförlust i gitterdelen av systemen. Interaktionen mellan elektroner och gitter visar en liknande komplexitet i gitterdämpning, som speglar det icke-lokala beteendet som observerats i spinnsystem.
Sammanfattningsvis ger dessa resultat en omfattande förståelse för hur både spinn- och gitterdynamik bidrar till energiförlustprocesser i magnetiska material. Insikterna som erhållits från denna avhandling erbjuder inte bara teoretisk klarhet utan har också praktiska tillämpningar för utformningen av nästa generations spintroniska enheter, där kontroll av energiförlust är avgörande för att förbättra både hastighet och effektivitet. Genom att möta dessa utmaningar bidrar denna avhandling till utvecklingen av mer avancerade material och teknologier som möter de växande behoven inom modern datorbearbetning och datalagring.