Développement d'un environnement de modélisation micromagnétique : couplage macroscopique-microscopique

par Ioana Firastrau

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Pierre Nozières et de Jean-Christophe Toussaint.

Soutenue en 2004

à Grenoble INPG .

mots clés

Résumé

Dans le contexte actuel de l'augmentation de la densité d'information, la miniaturisation poussée des têtes de lecture implique des différences d'échelle de plus en plus importantes entre les divers éléments du système. Ce projet de thèse est dédié à la réalisation d'un outil de modélisation numérique pour décrire le comportement des composants magnétiques d'une tête de lecture MR dans le processus de lecture magnétique sur bandes multi-pistes de haute capacité. Il repose sur une technique originale de couplage d'échelles de longueur macroscopique et microscopique, nommée couplage macro-micro. Dans notre approche, les éléments magnétiques macroscopiques comme les écrans magnétiques sont décrits comme des milieux linéaires isotropes avec une perméabilité finie. Le champ de fuite généré par les transitions magnétiques du média en tenant compte des écrans magnétiques est évalué par l'intermédiaire du potentiel magnétique scalaire, solution d'une équation de Poisson. Un développement en séries de Fourier est appliqué à la distribution de charges magnétiques tridimensionnelle. Ainsi le problème initial 3D est résolu par un traitement 2D. La résolution de ce problème est faite par la méthode des intégrales de frontière. L'état magnétique stable du capteur est ensuite modélisé par des calculs micromagnétiques qui repose sur l'intégration temporelle de l'équation Landau-Lifsitz-Gilbert dans l'approximation des différences finies. Cette technique constitue un outil puissant dans l'optimisation du design des têtes de lecture MR multi-pistes, pour lesquelles aucun outil de modélisation existant ne permettait de rendre compte de la complexité tridimensionnelle du problème.

Titre traduit

Macroscopic-microscopic coupling technique for numerical modelling of MR reading heads

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Résumé

Nowadays the extreme miniaturisation of the magnetoresistive reading heads (MR) involves a large discrepancy in characteristic length scales of different heads elements. The magnetic media end the shields having sizes of the order of the micron impose a macroscopic treatment. In contrast, the magnetic sensor with dimensions close to the characteristic lengths scale of soft magnetic materials requests a micromagnetic description. In this context, this PHD project is dedicated to the development of a modelling tool to describe the behaviour of the magnetic components of a multi-track MR read head used on the reading process of tapes. He is based on an original coupling approach of macroscopic and microscopic scale, named macroscopic-microscopic coupling technique. The macroscopic shields and the media are described by a boundary element method approach, while the sensor is treated by micromagnetism in order to reconstruct the response of shielded multi-tracks MR head. This is a strong tool that can be used in order to optimise the design of the MR heads in 2D and 3D configurations.