Simulation multi-échelles et multi-modèles de singularités micromagnétiques

Multiscale multimodel simulation of micromagnetic singularities

• Auteur / Autrice : Christian Andreas
• Direction : Riccardo Hertel, Claus M. Schneider
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/07/2014
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Universität Duisburg-Essen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Stefan Haacke
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hans Peter Oepen, Peter Kratze, Heiko Wende
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : André Thiaville, Alberto Verga

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Chiralité (physique)

Nanofils

Domaines magnétiques

Mots clés libres

Singularités micromagnétiques

Simulation multi-échelles

Méthode des éléments finis

Bloch point

Micromagnetic singularity

Domain walls dynamics

Ferromagnetic cylindrical nanowires

Multiscale modeling

Micromagnetism

Heisenberg model

Finite element method

Résumé

D'un point de vu fondamental, la structure micromagnétique d'un point de Bloch est prédite depuis plus de 50 ans, mais représente cependant une singularité topologique dans le cadre de la théorie du micromagnétisme. Par conséquent, une description purement micromagnétique du point deBloch s'avère difficile. Ce manuscrit décrit les outils mathématiques et un ensemble d'algorithmes permettant de combiner un modèle d'Heisenberg classique avec des simulations micromagnétiques sur la base des éléments finis. A l'aide de ces algorithmes, nous pouvonsrigoureusement étudier les propriétés caractéristiques d'un point de Bloch d'une paroi de domaine de type vortex localisée dans un nanofil cylindrique ferromagnétique. Cette thèse décrit le pinning/depinning des points de Bloch au réseau atomique ainsi que les différents modes depropagation détectables pour des parois de domaine sous l'influence d'un champ magnétique externe, qui peut conduire le système à des vitesses supermagnoniques.

The fundamental micromagnetic structure of Bloch points was predicted by micromagnetic theory more than 50 years ago, but represents a topological singularity within the theory of micromagnetism. This complicates a pure micromagnetic description. This thesis describes thenecessary mathematical background and a set of algorithms to combine a classical atomistic Heisenberg model with micromagnetism on the basis of the finite element method. By means of those algorithms the characteristic properties of Bloch points in vortex domain walls inferromagnetic solid cylindrical nanowires can be studied rigorously. ln addition to the pinning/depinning of Bloch points at the atomistic lattice the thesis reports on the different modes of propagation detectable for vortex domain walls in that system under the influence of an externalmagnetic field, which can drive the system of the domain wall and the Bloch point with supermagnonic velocities.