Badanie stanu podstawowego i wzbudzeń falowo-spinowych w magnetycznych nanostrukturach

Abstract

Pierwsza część pracy poświęcona jest przedstawieniu efektywnych metod znajdowania stanu podstawowego układu oddziałujących „pseudospinów” (quasi-klasycznych momentów magnetycznych oddziałujących ze sobą poprzez oddziaływanie wymienne i dipolowe), m. in. symulowanego wyżarzania. Metody te zostały następnie wykorzystane do przeanalizowania wpływu jednowęzłowej anizotropii prostopadłej na konfigurację stanu podstawowego dwóch układów: nieskończonej cienkiej warstwy (modelowanej w ramach modelu Pottsa) oraz cienkiej nanokropki (model Heisenberga). W drugiej części pracy rozpatrzono wzbudzenia magnetostatyczne w magnetycznym nanopręcie umieszczonym w zewnętrznym polu magnetycznym o dowolnej orientacji. Badania te składały się z dwóch etapów. W pierwszym zredukowano trójwymiarowy układ „pseudospinów” reprezentujących nanopręt do układu jednowymiarowego układu „supersinów”. W drugim etapie sprowadzono równania ruchu (będące zespołem zlinearyzowanych równań Landaua-Lifszyca bez tłumienia) do zagadnienia własnego, które rozwiązano numerycznie. Pokazano, że istnieje specyficzna orientacja zewnętrznego pola magnetycznego, dla którego jeden z modów przyjmuje postać modu Kittela o częstotliwości niemal idealnie zgadzającej się z wartością wynikającą z szeroko stosowanego wzoru Smita-Beljersa-Suhla.

In the first part of the thesis various methods (such as simulated annealing) of ground-state determination of systems consisting of interacting "pseudospins" were presented (by "pseudospins" we mean classical magnetic moments, which interact with each other via exchange and dipolar interactions). This method was then used to investigate influence of a single-site perpendicular anisotropy on the structure of a ground-state of two systems: thin film represented within Potts model and thin nanodot represented within Heisenberg model. In the second part magnetostatic modes in a uniform magnetic nanorod under arbitrary external magnetic field were analyzed. This was done in two steps. In the first one, the three-dimensional system of pseudospins representing a nanorod was reduced to a one-dimensional system of "superspins". In the second one, the equations of motion (linearized Landau-Lifschitz equations without damping) were transformed into an eigenvalue problem, which was solved numerically. Finally, it was shown that for a specific orientation of the external magnetic field one of the magnetostatic modes takes form of a true Kittel mode, which oscillation frequency is nearly identical to that computed with the use of famous Smit-Beljers-Suhl formula.