Efektywne symulacje mikromagnetyczne układów magnonicznych przy wykorzystaniu GPGPU.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Efektywne symulacje mikromagnetyczne układów magnonicznych przy wykorzystaniu GPGPU."

Alojzy Świątek
6 lat temu
Przeglądów:

1 Efektywne symulacje mikromagnetyczne układów magnonicznych przy wykorzystaniu GPGPU. Mateusz Zelent, Paweł Gruszecki, Michał Mruczkiewicz, Maciej Krawczyk Wydział Fizyki, Zakład Fizyki Nanomateriałów

2 Fale spinowe podstawowe definicje dm (r, t dt = γμ 0 M (r, t H eff r, t, Sang-Koog Kim J. Phys. D: Appl. Phys.43(2010) (25pp)

3 Fale spinowe parametry fizyczne Sang-Koog Kim J. Phys. D: Appl. Phys.43(2010) (25pp)

4 dm dt = τ LL 1 τ LL = γ LL 1 + α 2 m H eff + α m m H eff Gdzie: γ LL to współczynnik giromagnetyczny (rad/ts), α bezwymiarowy współczynnik tłumienia H eff efektywne pole magnetyczne (T), które składa się z: o o o o o o Zewnętrznego pola magnetycznego H ext Pola demagnetyzacyjnego H demag Pola wymiany (Heisenberg exchange filed) H ex Pola anizotropii H anis Fale spinowe równanie Landaua-Lifshitza Pole wymiany Dzylashinskii-Moryia H dm Pola pochodzenia temperaturowego H therm "The design and verification of mumax3", AIP Advances 4, (2014).

5 Symulacje mikromagnetyczne - oprogramowanie GPU / CPU mumax 3 GPU-accelerated micromagnetism The Object Oriented MicroMagnetic Framework (OOMMF) project at ITL/NIST

6 Symulacje mikromagnetyczne porównanie wydajności "The design and verification of mumax3", AIP Advances 4, (2014).

7 Symulacje mikromagnetyczne interfejs pakietu mumax 3 ssh login@inula.man.poznan.pl L port_lokalny:wezel:port_programu

8 Przykładowe wyniki badań

9 Badanie propagacji wiązki gaussowskiej fal spinowych Kobalt, B = B z, B = μ 0 H = 2 T, f = 120 GHz λ Co 20 nm Rozmiar układu: nm Dyskretyzacja: nm > 15 mln komórek różnic skończonych v g = dω dt 600 m s t sim > 50 ns (T solver < ) Ilość kroków > Czas trwania symulacji: 1 dzień. Gruszecki, UAM (2014)

10 Badanie propagacji wiązki gaussowskiej fal spinowych Gruszecki, UAM (2014)

wiązki w okolicy interfejsu ze względu na obniżenie wartości pola wewnętrznego

11 Symulacje odbicia wiązki od krawędzi cienkiej warstwy Badanie odbicia wiązki gaussowskiej fal spinowych od krawędzi cienkiej warstwy: Efekt Goosa-Hanchen Uginanie wiązki w okolicy interfejsu ze względu na obniżenie wartości pola wewnętrznego Gruszecki et al., Applied Physics Letters 105, (2014) Gruszecki et al., arxiv: abs/ (2015)

12 Symulacje odbicia wiązki od krawędzi cienkiej warstwy Gruszecki et al., Applied Physics Letters 105, (2014)

13 Badanie dynamiki fal spinowych w kryształach magnonicznych Wyznaczanie widma FMR Wizualizacja modów Wyznaczanie dyspersji Pal et al., Applied Physics Letters 105, (2014) Tacchi et al., Scientific Reports, 5, (2015)

14 clockwise gyrotropic skyrmion excitation breathing skyrmion excitation Badanie dyspersji 1d kryształ magnoniczny 1 wymiarowa sieć dysków z skyrmionami Rychły et al., Low Temperature Physics, 41 (2015) (submited) Mruczkiewicz et al., arxiv: abs/

15 Podsumowanie Symulacje mikromagnetyczne są wydajnym narzędziem pozwalającym wydajnie badać skomplikowane i duże struktury magnetyczne. Wykorzystanie GPU znacząco skraca czas obliczeń. Zaprezentowano przykładowe badania prowadzone w naszej grupie

Podziękowania MagIC project (call: H2020-MSCA-RISE-2014,

the framework of the program:marie Skłodowska-Curie Actions -

Statics and dynamics of magnonic and magnetophotonic crystals

magnonicznych finansowanego w ramach konkursu SONATA-BIS 2

16 Podziękowania MagIC project (call: H2020-MSCA-RISE-2014, project number: ) is financed by European Commission in the framework of the program:marie Skłodowska-Curie Actions - Research and Innovation Staff Exchange (MSCA-RISE). Statics and dynamics of magnonic and magnetophotonic crystals SYMPHONY "MagnoWa - Fale spinowe w nanostrukturach magnonicznych finansowanego w ramach konkursu SONATA-BIS 2 Narodowego Centrum Nauki Grant obliczeniowy 209 Fale spinowe w nanostrukturach magnetycznych (PCSS).

18 Badanie propagacji wiązki gaussowskiej fal spinowych Kobalt, B = B z, B = μ 0 H = 2 T ν = 120 GHz λ Co 20 nm nm (L x L y L z nm (c x c y c z ) > 15 mln komórek różnic skończonych promień w talii W 0 = nm zasięg Rayleigha x 0 = 4525 nm kąt rozbieżności: α Co,A = v g = dω dt 600 m s t sim > 50 ns (T solver < ) Ilość kroków > Czas trwania symulacji: 1 dzień. Gruszecki, UAM (2014)

19 Projektowanie anten

20 Badanie widma FMR w sieciach dziur Y (a) (b) (c) w w k (d) H nm 400 nm 400 nm 400 nm X Pal et al., Applied Physics Letters 105, (2014) Tacchi et al., Scientific Reports, 5, 99XX? (2015)

symulacji MM) Respective crystalographic unit cell: R b R

21 Badanie widma FMR w sieciach kropek As fabricated: Theta-Py10-3 Theta-Py10-1 Konfiguracja statyczna (wynik symulacji MM) Respective crystalographic unit cell: R b R b a a = 650 nm R b = 405 nm R s a a = 650 nm R b = 410 nm R s = 140 nm

22 Badanie dyspersji i wizualizacja modów Rychły et al., Low Temperature Physics, 41 (2015)

Badanie propagacji wiązki gaussowskiej fal spinowych Kobalt, B = B z, B = μ 0 H = 2 T ν = 120 GHz T solver 1 ν λ Co 19 nm = 8.

23 Badanie propagacji wiązki gaussowskiej fal spinowych Kobalt, B = B z, B = μ 0 H = 2 T ν = 120 GHz T solver 1 ν λ Co 19 nm = nm (L x L y L z nm (c x c y c z ) >15 mln komórek różnic skończonych promień w talii W 0 = nm zasięg Rayleigha x 0 = 4525 nm kąt rozbieżności: α Co,A = v g = dω dt 600 m s t sim > 50 ns Ilość kroków > Czas trwania symulacji: ok. 1 dzień. Gruszecki, UAM (2014)

Podobne dokumenty

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej.

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej. Tel.: +48-85 7457229, Fax: +48-85 7457223 Zakład Fizyki Magnetyków Uniwersytet w Białymstoku Ul.Lipowa 41, 15-424 Białystok E-mail: vstef@uwb.edu.pl http://physics.uwb.edu.pl/zfm Praca magisterska Badanie