journal article·2017-04Open access

Micromagnetic simulations with periodic boundary conditions: Hard-soft nanocomposites

Aleksander L. Wysocki, Vladimir P. Antropov

Abstract

We developed a micromagnetic method for modeling magnetic systems with periodic boundary conditions along an arbitrary number of dimensions. The main feature is an adaptation of the Ewald summation technique for evaluation of long-range dipolar interactions. The method was applied to investigate the hysteresis process in hard-soft magnetic nanocomposites with various geometries. The dependence of the results on different micromagnetic parameters was studied. We found that for layered structures with an out-of-plane hard phase easy axis the hysteretic properties are very sensitive to the strength of the interlayer exchange coupling, as long as the spontaneous magnetization for the hard phase is significantly smaller than for the soft phase. The origin of this behavior was discussed. Additionally, we investigated the soft phase size optimizing the energy product of hard-soft nanocomposites.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Magnetic properties of thin films · Theoretical and Computational Physics · Metallic Glasses and Amorphous Alloys

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

References (94)

Show source-provided references
1. Berkov · Phys. Stat. Sol. (a) · 1993 · 137 · 20710.1002/pssa.2211370118 ↗
2. Fidler · J. Phys. D: Appl. Phys. · 2000 · 33 · R13510.1088/0022-3727/33/15/201 ↗
3. Kronmüller · 2003
4. Zhu · J. Appl. Phys. · 1988 · 63 · 324810.1063/1.341167 ↗
5. Fangohr · J. Appl. Phys. · 2009 · 105 · 07D52910.1063/1.3068637 ↗
6. Vos · IEEE Trans. Magn. · 1993 · 29 · 365210.1109/20.281259 ↗
7. Kuma · J. Appl. Phys. · 1998 · 83 · 662310.1063/1.367783 ↗
8. Vansteenkiste · J. Magn. Magn. Mater. · 2011 · 323 · 258510.1016/j.jmmm.2011.05.037 ↗
9. Berkov · Phys. Rev. B · 1998 · 57 · 1433210.1103/PhysRevB.57.14332 ↗
10. Lebecki · J. Phys. D · 2008 · 41 · 17500510.1088/0022-3727/41/17/175005 ↗
11. Wang · Comp. Mater. Sci. · 2010 · 49 · 8410.1016/j.commatsci.2010.04.024 ↗
12. Ewald · Ann. Phys. · 1921 · 64 · 25310.1002/andp.19213690304 ↗
13. De Leeuw · Proc. R. Soc. Lond. Ser. A · 1980 · 373 · 2710.1098/rspa.1980.0135 ↗
14. Berkov · IEEE Trans. Magn. · 2002 · 38 · 247410.1109/TMAG.2002.803618 ↗
15. Kneller · IEEE Trans. Magn. · 1991 · 27 · 358810.1109/20.102931 ↗
16. Skomski · Phys. Rev. B · 1993 · 48 · 1581210.1103/PhysRevB.48.15812 ↗
17. Richter · J. Phys. D · 2007 · 40 · R14910.1088/0022-3727/40/9/R01 ↗
18. Victora · IEEE Trans. Magn. · 2008 · 96 · 1799
19. Skomski · 1999
20. Coey · IEEE Trans. Magn. · 2011 · 47 · 467110.1109/TMAG.2011.2166975 ↗
21. Poudyal · J. Phys. D: Appl. Phys. · 2013 · 46 · 04300110.1088/0022-3727/46/4/043001 ↗
22. Jiang · J. Phys. Condens. Matter · 2014 · 26 · 06421410.1088/0953-8984/26/6/064214 ↗
23. López-Ortega · Phys. Rep. · 2015 · 553 · 110.1016/j.physrep.2014.09.007 ↗
24. Victora · IEEE Trans. Magn. · 2005 · 41 · 53710.1109/TMAG.2004.838075 ↗
25. Suess · Appl. Phys. Lett. · 2005 · 87 · 01250410.1063/1.1951053 ↗
26. Belemuk · J. Appl. Phys. · 2011 · 109 · 07A72910.1063/1.3562448 ↗
27. Belemuk · J. Phys. D: Appl. Phys. · 2012 · 45 · 12500110.1088/0022-3727/45/12/125001 ↗
28. M. Donahue, D. Porter, OOMMF User’s Guide, Version 1.0, Interagency Report NISTIR 6376, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, September 1999.10.6028/NIST.IR.6376 ↗
29. Garanin · Phys. Rev. B · 1997 · 55 · 305010.1103/PhysRevB.55.3050 ↗
30. Grzybowski · Phys. Rev. B · 2000 · 61 · 670610.1103/PhysRevB.61.6706 ↗
31. Porto · J. Phys. A · 2000 · 33 · 621110.1088/0305-4470/33/35/309 ↗
32. Belashchenko · Phys. Rev. B · 2002 · 66 · 14440210.1103/PhysRevB.66.144402 ↗
33. Antropov · J. Appl. Phys. · 2003 · 93 · 643810.1063/1.1556096 ↗
34. Kazantseva · Phys. Rev. B · 2008 · 77 · 18442810.1103/PhysRevB.77.184428 ↗
35. Atxitia · Phys. Rev. B · 2010 · 82 · 13444010.1103/PhysRevB.82.134440 ↗
36. Aas · Phys. Rev. B · 2013 · 88 · 17440910.1103/PhysRevB.88.174409 ↗
37. Goto · J. Appl. Phys. · 1965 · 36 · 295110.1063/1.1714613 ↗
38. Leineweber · J. Magn. Magn. Mater. · 1997 · 176 · 14510.1016/S0304-8853(97)00601-X ↗
39. Kronmüller · Physica B · 2002 · 319 · 12210.1016/S0921-4526(02)01113-4 ↗
40. Asti · Phys. Rev. B · 2004 · 69 · 17440110.1103/PhysRevB.69.174401 ↗
41. Pellicelli · Phys. Rev. B · 2010 · 81 · 18443010.1103/PhysRevB.81.184430 ↗
42. Guo · J. Magn. Magn. Mater. · 2011 · 323 · 304910.1016/j.jmmm.2011.06.050 ↗
43. Kronmüller · J. Magn. Magn. Mater. · 1976 · 2 · 310.1016/0304-8853(75)90097-9 ↗
44. Aharoni · Phys. Rev. · 1960 · 119 · 12710.1103/PhysRev.119.127 ↗
45. Dobin · Appl. Phys. Lett. · 2006 · 89 · 06251210.1063/1.2335590 ↗
46. Guslienko · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 10440510.1103/PhysRevB.70.104405 ↗
47. Ghidini · J. Magn. Magn. Mater. · 2007 · 316 · 15910.1016/j.jmmm.2007.02.040 ↗
48. Boa · Solid State Comm. · 2011 · 151 · 34610.1016/j.ssc.2010.12.028 ↗
49. Zhao · J. Appl. Phys. · 2011 · 109 · 07D34010.1063/1.3562973 ↗
50. Deng · J. Magn. Magn. Mater. · 2011 · 323 · 53510.1016/j.jmmm.2010.10.005 ↗
51. de Mooij · J. Magn. Magn. Mater. · 1989 · 80 · 10110.1016/0304-8853(89)90333-8 ↗
52. Ding · J. Magn. Magn. Mater. · 1993 · 124 · 110.1016/0304-8853(93)90060-F ↗
53. Manaf · J. Magn. Magn. Mater. · 1993 · 128 · 30210.1016/0304-8853(93)90475-H ↗
54. Withanawasam · J. Appl. Phys. · 1994 · 75 · 664610.1063/1.356882 ↗
55. Zeng · Nature · 2002 · 420 · 39510.1038/nature01208 ↗
56. Sort · Phys. Rev. B · 2002 · 65 · 17442010.1103/PhysRevB.65.174420 ↗
57. Rong · J. Appl. Phys. · 2007 · 102 · 02390810.1063/1.2756619 ↗
58. Rui · J. Magn. Magn. Mater. · 2008 · 320 · 257610.1016/j.jmmm.2008.03.042 ↗
59. Rong · Appl. Phys. Lett. · 2010 · 96 · 10251310.1063/1.3358390 ↗
60. Estrader · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 296010.1038/ncomms3960 ↗
61. Liu · Appl. Phys. Lett. · 1998 · 72 · 48310.1063/1.120793 ↗
62. Fullerton · J. Magn. Magn. Mater. · 1999 · 200 · 39210.1016/S0304-8853(99)00376-5 ↗
63. Zhang · Appl. Phys. Lett. · 2005 · 86 · 12250910.1063/1.1889238 ↗
64. Liu · Appl. Phys. Lett. · 2011 · 99 · 17250410.1063/1.3656038 ↗
65. Sawatzki · J. Appl. Phys. · 2011 · 109 · 12392210.1063/1.3596756 ↗
66. Neu · IEEE Trans. Magn. · 2012 · 48 · 359910.1109/TMAG.2012.2195646 ↗
67. Cui · Adv. Mater. · 2012 · 24 · 653010.1002/adma.201202328 ↗
68. Fischer · J. Magn. Magn. Mater. · 1995 · 150 · 32910.1016/0304-8853(95)00298-7 ↗
69. Fischer · J. Magn. Magn. Mater. · 1996 · 153 · 3510.1016/0304-8853(95)00494-7 ↗
70. Fischer · Phys. Rev. B · 1998 · 57 · 1072310.1103/PhysRevB.57.10723 ↗
71. Schrefl · J. Appl. Phys. · 1997 · 81 · 56710.1063/1.364663 ↗
72. Schrefl · J. Appl. Phys. · 1998 · 83 · 626210.1063/1.367666 ↗
73. Schrefl · J. Magn. Magn. Mater. · 1998 · 177–181 · 97010.1016/S0304-8853(97)00653-7 ↗
74. Fukunaga · IEEE Trans. Magn. · 1999 · 35 · 323510.1109/20.800485 ↗
75. Fukunaga · IEEE Trans. Magn. · 2000 · 36 · 328510.1109/20.908771 ↗
76. Chui · Phys. Rev. B · 2001 · 63 · 14041910.1103/PhysRevB.63.140419 ↗
77. Griffiths · J. Magn. Magn. Mater. · 2001 · 234 · 33110.1016/S0304-8853(01)00317-1 ↗
78. Rong · J. Magn. Magn. Mater. · 2006 · 302 · 12610.1016/j.jmmm.2005.08.026 ↗
79. Fukunaga · J. Magn. Magn. Mater. · 2007 · 310 · 258110.1016/j.jmmm.2006.10.1082 ↗
80. Belemuk · J. Appl. Phys. · 2011 · 109 · 09390910.1063/1.3583563 ↗
81. Belemuk · J. Appl. Phys. · 2011 · 110 · 07391810.1063/1.3646474 ↗
82. Belemuk · J. Magn. Magn. Mater. · 2012 · 324 · 311310.1016/j.jmmm.2012.05.011 ↗
83. Russier · J. Magn. Magn. Mater. · 2012 · 324 · 112210.1016/j.jmmm.2011.10.034 ↗
84. He · J. Magn. Magn. Mater. · 2012 · 324 · 385310.1016/j.jmmm.2012.06.034 ↗
85. Chen · Physica B · 2012 · 407 · 457410.1016/j.physb.2012.08.014 ↗
86. Belemuk · J. Appl. Phys. · 2013 · 113 · 04391310.1063/1.4788703 ↗
87. Fukunaga · IEEE Trans. Magn. · 2013 · 49 · 324010.1109/TMAG.2013.2247030 ↗
88. Saiden · J. Magn. Magn. Mater. · 2014 · 365 · 4510.1016/j.jmmm.2014.02.073 ↗
89. Bryan · Phys. Rev. B · 2016 · 94 · 10441510.1103/PhysRevB.94.104415 ↗
90. Garcia-Sanchez · J. Appl. Phys. · 2005 · 97 · J0J10110.1063/1.1844931 ↗
91. Garcia-Sanchez · Appl. Phys. Lett. · 2005 · 87 · 12250110.1063/1.2051789 ↗
92. Garcia-Sanchez · J. Magn. Magn. Mater. · 2006 · 303 · 28210.1016/j.jmmm.2006.01.135 ↗
93. Garcia-Sanchez · Physica B · 2006 · 372 · 32810.1016/j.physb.2005.10.078 ↗
94. Belemuk · J. Appl. Phys. · 2013 · 113 · 12390610.1063/1.4797491 ↗