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Domain wall dynamics in 3D magnetic nanostructures
Iason-Konstantinos Douveas
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Claas Abert
DOI
10.25365/thesis.78479
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17294.13517.498434-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Domänenwände, die aus dem Zusammenspiel zwischen Austausch- und Entmagnetisierungsenergien entstehen, sind seit langem von Interesse in der Mikromagnetik mit Anwendungen, die von der Datenspeicherung bis zu magnetischen Logikbauelementen reichen. Während sie traditionell in zweidimensionalen Materialien und planaren Geometrien untersucht wurden, fügt die Einführung von Krümmung der Domänenwandbildung und -dynamik erhebliche Komplexität hinzu. In dieser Arbeit präsentieren wir eine umfassende Untersuchung gekoppelter Domänenwände in helikalen Geometrien und untersuchen ihre Bildungsmechanismen und ihr dynamisches Verhalten in Bezug auf geometrische und materielle Parameter. Wir führen Finite-Elemente-mikromagnetische Simulationen mit magnum.pi durch und implementieren Röntgen-Zirkulardichroismus (XMCD)-Simulationen, um unsere Berechnungsergebnisse mit experimentellen Messungen zu validieren. Unsere Analyse offenbart drei charakteristische Anregungsmoden in gekoppelten Domänenwänden: eine Translationsmode (1-2 GHz), eine Atmungsmode (5-6 GHz) und eine Spinwellenmode (im 10-GHz-Bereich). Wir kartieren systematisch, wie diese Modi auf Variationen in Helixsteigung, Helixradius, Nanodrahtradius, Austauschsteifigkeit und Sättigungsmagnetisierung reagieren. Darüber hinaus etablieren wir den Materialparameter-Phasenraum, der die Bildung von Transversalwänden gegenüber Vortexwänden in diesen dreidimensionalen Strukturen bestimmt. Die XMCD-Simulationen bestätigen, dass experimentell beobachtete Domänenwände Transversalwandkonfigurationen mit charakteristischen Mustern im Frequenzbereich aufweisen. Diese Untersuchung bietet einen prädiktiven Rahmen für die Gestaltung helikaler magnetischer Nanostrukturen mit maßgeschneiderten dynamischen Eigenschaften und ermöglicht die präzise Entwicklung von Anregungsfrequenzen für zukünftige spintronische und magnonische Bauelemente.
Abstract
(Englisch)
Domain walls, arising from the interplay between exchange and demagnetization energies, have long been of interest in micromagnetics with applications ranging from data storage to magnetic logic devices. While traditionally investigated in two-dimensional materials and planar geometries, the introduction of curvature adds significant complexity to domain wall formation and dynamics. In this work, we present a comprehensive investigation of coupled domain walls in helical geometries, examining their formation mechanisms and dynamic behavior in relation to both geometric and material parameters. We perform finite element micromagnetic simulations using magnum.pi and implement X-ray Magnetic Circular Dichroism simulations to validate our computational results against experimental measurements. Our analysis reveals three characteristic excitation modes in coupled domain walls: a translational mode (1-2 GHz), a breathing mode (5-6 GHz), and a spin wave mode (in the 10 GHz regime). We systematically map how these modes respond to variations in helix pitch, helix radius, nanowire radius, exchange stiffness, and saturation magnetization. Furthermore, we establish the material parameter phase space governing the formation of transverse walls versus vortex walls in these three-dimensional structures. The XMCD simulations confirm that experimentally observed domain walls exhibit transverse wall configurations with characteristic patterns in the frequency domain. This investigation provides a predictive framework for designing helical magnetic nanostructures with tailored dynamic properties, enabling precise engineering of excitation frequencies for future spintronic and magnonic devices.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Domänenwände Mikromagnetik Magnetismus Computergestützte Physik Helikale Nanostrukturen Magnetische Anregungsmoden Transversale Domänenwände Vortex-Domänenwände Frequenzspektrumanalyse Röntgen-Zirkulardichroismus XMCD Finite-Elemente
Schlagwörter
(Englisch)
Domain walls Micromagnetics Magnetism Computational physics Helical nanostructures Magnetic excitation modes Transverse domain walls Vortex domain walls Frequency spectrum analysis X-ray magnetic circular dichroism XMCD Finite element
Autor*innen
Iason-Konstantinos Douveas
Haupttitel (Englisch)
Domain wall dynamics in 3D magnetic nanostructures
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xvi, 59 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Claas Abert
Klassifikation
33 Physik > 33.75 Magnetische Materialien
AC Nummer
AC17545582
Utheses ID
75888
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |