Précession de l'aimantation en géométrie confinée : aspects physiques et numériques

par Gonçalo, Marcos, Baia︣o de Albuquerque

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jacques Miltat.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Ce travail commence par la derivation des equations de brown et landau-lifshitz-gilbert en utilisant une approche variationnelle generale et en proposant une reecriture sous forme invariante et non dimensionne. Nous decrivons ensuite la dynamique precessionelle d'un macrospin representatif d'une couche mince et analysons son diagranime de phase. Nous mettons en evidence l'existence de trajectoires balistiques correspondant a des evenements de renversement sans oscillation en un temps minimal. Celles-ci decoulent de la precession autour du champ demagnetisant resultant du mouvenient initial hors du plan de l'aimantation. Dans des distributions d'aimantation inhomogenes, des experiences numeriques de susceptibilite transverse dans un etat s (plaquettes de 500 nm x 250 nm x 5 nm) permettent de quantifier l'ecart existant avec le comportement macrospin grace a la reevaluation du parametre d'amortissement. Nous considerons ensuite les caracteristiques detaillees d'evenements de renversement miroirs des trajectoires balistiques du macrospin. Il est montre que deux impulsions de champ decalees dans le temps menent a un renversement rapide et coherent dans des plaquettes submicroniques. Enfin, nous evaluons l'influence des parametres reels (rugosite de bord, couplage magatostatique avec un antiferromagnetique artificiel et desordre structurel) sur les proprietes de renversement des dites plaquettes. En appendice, nous presentons une analyse auto-coherente des procedures numeriques utilisees, en en soulignant les contributions novatrices: reevaluation du parametre d'amortissement comme moyen de quantifier les erreurs dans le domaine temporel, developpement d'un schema d'integration semi-implicite du type crank-nicolson pour l'equation de landau-lifshiitz-gilbert et analyse des effets de la discretisation spatiale sur la dynamique des distributions d'aimantation a l'echelle mesoscopique.


  • Résumé

    This work starts with a derivation of brown's and the landau-lifshitz-gilbert equations from a general variational approach and their rewriting in a dimensionless invariant form. We proceed with the description of the precessional dynamics of a thin film in the single spin, or macrospin, limit. We present a thorough analysis of its switching phase diagram, laying emphasis on the determination of ballistic trajectories corresponding to ringing-free switching events in a minimal time. These are intimately connected with a precessional motion around the demagnetising field arising from the initial out-of-plane magnetisation motion. On the other hand, transverse susceptibility numerical experiments in s state 500 nm x 250 nm x 5 nm platelets allow to quantitatively establish the degree of non-macrospin like behaviour in inhomogeneous magnetisation distributions through the recalculation of the phenomenological damping parameter. We consider next the detailed characteristics of optimised switching events mimicking the macrospin ballistic trajectories. These are based on an efficient two-pulse time-shifted procedure leading to a controlled and coherent fast precessional switching in submicron-sized platelets. We tackle next the impact of real world parameters (such as edge roughness, artificial antiferromagnetic magnetostatic coupling, and structural disorder) on the switching properties of the platelets under study. In the appendices we propose a self-contained description of the numerical procedures employed in this work, focusing on their innovative contributions: the damping parameter recalculation as a means of quantifying time domain errors, the development of an optimised semi-implicit crank-nicolson integration scheme for the landau-lifshitz-gilbert equation, and an analysis of the effects of spatial discretisation on the dynamics of small-scale magnetisation distributions.

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Informations

  • Détails : VI-130 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.123-130.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)165
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