Detailansicht
Hard and soft magnets and their interfaces
Soner Özcan
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Lehramtsstudium UF Mathematik UF Physik
Betreuer*in
Georg Kresse
DOI
10.25365/thesis.41092
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29902.51837.690170-8
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Hauptarbeitsgebiet dieser Diplomarbeit war es zu zeigen, dass mit dem Programmpaket ''Vienna ab initio Simulation
package'' (VASP) genaue Berechnungen der magnetischen Anisotropie
für diverse bulk Materialien durchgeführt werden können.
Um dies zu zeigen wurde die Substitutionslegierung Fe1-xCox für (x=0.0, 0.1, ... , 1.0) ausgewählt.
Dies wurde Anhand von drei unterschiedlichen Modellen oder Rechnungsansätzen gezeigt.
Als erstes haben wir mit der sogenannten ''virtual crsytal approximation'' (VCA) gezeigt, dass eine Rechnung mit
VASP, die in der wissenschaftlichen Literatur publizierten Ergebnisse reproduziert.
Als zweites haben wir mit einer erweiterten VCA Methode auch die Ergebnisse der wissenschaftlichen Literatur reproduziert.
Diese Ergebnisse geben die Berechnungen in der Literatur wieder aber nicht die Experimentellen Werte.
Aus diesem Grund wurde ein weiteres Modell zur Beschreibung der magnetischen Anisotropie der Substitutionslegierung
Fe1-xCox herangezogen, nämlich die Unordnung im Kristallgitter, die mit VCA nicht erfasst werden kann, Anhand von
Superzellen mit zufällig gesetzten Atomen auf Gitterplätze zu simulieren.
Dafür wurden 8 mal 16 Atom Superzellen, welche einer 2 mal 2 mal 2 kubisch raumzentrierten Kristallstruktur entsprechen,
erzeugt. Durch diese Modellierung der Unordnung im Kristallgitter konnten wir viel näher an die experimentellen Ergebnisse
herankommen. Aber nicht nur das, wir konnten auch zeigen, dass wir mit dieser Superzellen Mittelungsmethode
auch sogenannte ''coherent potential approximation'' (CPA) Rechnungen überraschenderweise sehr gut wiedergeben.
Grundsätzlich sind CPA-Rechnungen viel besser geeignet um physikalische Eigenschaften von Legierungen zu beschreiben.
Diese Ergebnisse wurden in
Soner Özcan, Sergii Khmelevskyi, Martijn Marsmann, Georg Kresse,
''Calculation of the magnetic anisotropy with PAW method:
the case study of tetragonally distorted disordered alloys Fe1-xCox''
submitted to \sl Phys. Rev. B, x, xxx, 2016.
publiziert.
Um dieser Diplomarbeit einen Charakter von Vollständigkeit zu verleihen, wurde diese Arbeit um einige Kapitel erweitert.
Ein theoretisches Kapitel wurde den Hauptergebnissen der Dichtefunktionaltheorie gewidmet und eines der Spindichtefunktionaltheorie.
Ein Kapitel wurde dem Magnetismus da aber hauptsächlich der magnetischen Anisotropie und den Anwendungen der
hart- und weichmagnetischen Materialien und deren Anwendungen gewidmet.
Zusätzlich wurde der Versuch unternommen ein phänomenologisches Modell von Neel an die Superzellendaten
Fe1-xCox anzupassen. Wir haben versucht mit den Anisotropiedaten der Superzellen für die Legierung mit der Konzentration
Fe0.125Co0.875 phänomenologische Fitparameter Lij anzupassen und diese dann zu verwenden um die Anisotropie der
anderen Superzellen beschreiben zu können. Also eine Art selbstkonsistene Beschreibung zu erreichen.
Dies gelang uns relativ gut.
Abstract
(Englisch)
The main activity of this thesis was to show that it is possible to calculate the magnetic anisotropy energy of
different bulk materials by using the Vienna
ab initio simulation package (VASP).
For this purpose we have chosen the substitutional alloy
Fe1-xCox for ($x=0.0, 0.1, ..., 1.0).
We have explored this using three different models or calculational approaches.
First we have used the so called ''virtual crsytal approximation'' (VCA)
and reproduced the
ab initio results in the scientific literature.
Secondly we have used an advanced VCA method and also reproduced the
numerically results of the scientific literature.
Our calculated results of the magnetic anisotropy energy with VCA and advanced VCA reproduce the
scientific results but not the experimental results.
For this reason, we have used another model to describe the magnetic anisotropy energy in the
substitutional alloy Fe1-xCox, namely a supercell method to capture the disorder in the alloy,
which can not be captured with the VCA methods. In the supercell method, the atoms are randomly distributed on the
lattice sites. For that we have used eight 16 atom supercells, where each supercell is a
2 times 2 times 2 body centered cubic crystal lattice.
With this modeling of the disorder in the alloy, we could reproduce the experimental results much better.
Additionally, we could also show that with our averaging supercell method, coherent potential
approximation (CPA) results could be well reproduced. This result was surprising because
usually CPA calculations are much more suited to describe physical quantities in substitutional alloys.
These results were published in
Soner Özcan, Sergii Khmelevskyi, Martijn Marsmann, Georg Kresse,
''Calculation of the magnetic anisotropy with PAW method:
the case study of tetragonally distorted disordered alloys Fe1-xCox''
submitted to Phys. Rev. B, x, xxx, (2016).
In order to give this thesis a character of completeness, this work has been extended with several chapters.
A chapter was dedicated to the main results of density functional theory and one for the spin density functional theory.
A chapter was dedicated to magnetism but mainly to the magnetic anisotropy and
to the applications of hard and soft magnetic materials.
In addition, we have made the attempt to fit our supercell data Fe1-xCox
to a phenomenological model of Neel.
We tried to use the the anisotropy data of the supercell with the alloy concentration Fe0.125Co0.875
to fit the phenomenological parameters Lij of the Neel model and use those parameters to recalculate the anisotropy data
for the supercells with different alloy concentrations.
We have tried to reach some kind of self-consistency.
This worked quite well.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
magnetic materials magnetic anisotropy ab inito calculations
Schlagwörter
(Deutsch)
Magnetische Materialien magnetische Anisotropie ab initio Rechnungen
Autor*innen
Soner Özcan
Haupttitel (Englisch)
Hard and soft magnets and their interfaces
Paralleltitel (Deutsch)
Hart- und Weichmagnete und deren Schnittstellen
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
99 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Georg Kresse
AC Nummer
AC13322050
Utheses ID
36378
Studienkennzahl
UA | 190 | 406 | 412 |