Switching analysis of magnetic vortices in reduced dimensions under pulsed electric fields
Azaltılmış olarak manyetik vortsların anahtarlama analizi darbeli elektrik alanlarındaki ölçüler
- Tez No: 784696
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM BURÇ MISIRLIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Düşük boyutlarda manyetizmanın kararlılığı, spintronik cihazlarda fonksiyonel bileşenler olarak manyetik nanoyapıların uygulanması arayışında önemli bir bilimsel gündem haline gelmiştir. Bu tür yapıların manyetizasyon durumlarını deterministik bir şekilde algılamak ve kontrol etmek için spin polarize akımların, foton absorpsiyonunun ve nispeten yakın zamanda, multiferroik tabanlı yapılarda manyetoelektrik eşleşmeyi uyarlayan elektrik alanlarının kullanımı öne çıkmaktadır. Teoride, çok kısa süreli bir elektrik sinyali, yerel manyetik dipollere elektrodinamik olarak eşleşebilen bölgesel manyetik alanlar üretebilir. Bu tezde sürekli ortam koşullarında Maxwell ilişkileri ile beraber ele alınabilen manyetizma dinamiğinin Landau-Lifshitz-Gilbert formalizmi kullanılarak, bir ferromanyetik permalloy nanodiskin nanosaniye elektrik alan sinyallerine tepkisi incelenmiştir. Bu işlem sırasında nanodisklerin manyetik düzeninin dinamikleri ve enerjilerinin değişimi incelenmiştir. Ferromanyetik nanodiskler, kritik bir boyutun altındayken ve herhangi bir dış alanın yokluğunda, manyetizmayı bastırıcı alan nedeniyle temel durum olarak bir girdap fazında kararlı hale gelebilir. Gerçekleştirdiğimiz simülasyonlar, bu tür bir ferromanyetik nanodiskin düzlemsel kiralitesinin, radyal olarak değişen teğetsel manyetik alanlar üreten birkaç ns süreli, zamana bağlı bir elektrik alan darbesiyle değiştirilebileceğini göstermektedir. Bu alanlar, nanodisk ferromanyetiğin girdap durumuna elektrodinamik olarak eşleşmekte ve kiraliteyi kontrol etmek için etkili ve güvenilir bir yöntem ortaya koymaktadır. Kiraliteyi tersine bir işarete çevirme sürecinin enerjisi de incelenmiştir. Nanodisklerdeki kiralitenin tersine çevrilmesinin güçlü derecede kalınlığa bağlı olduğu, manyetizmayı bastırıcı alanlarının şekil anizotropisinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Sonuçlarımız, ince ferromanyetik disklerdeki manyetik momentlerin kiral değişiminin, daha kalın disklerde gözlenmeyen geçici bir girdap-antivorteks düzenlenmesinin de geçici olarak oluşabileceğini göstermektedir. Kiralitenin tersine çevrilme mekanizmasındaki bu fark, ince ve daha kalın disklerde aşılması gereken çok farklı enerji bariyerlerine işaret etmektedir.
Özet (Çeviri)
The stability of magnetism in reduced dimensions has become a major scientific agenda in the pursuit of implementing magnetic nanostructures as functional components in spintronic devices. Methods to probe and control magnetization states of such structures in a deterministic manner include the use of spin polarized currents, photon absorption, and relatively recently, electric fields that tailor magnetoelectric coupling in multiferroic based structures. In theory, a short electric pulse is able to generate localized magnetic fields that can couple to the local magnetic dipoles electrodynamically. Here, using the Landau–Lifshitz–Gilbert formalism of magnetism dynamics combined with continuum Maxwell relations, the response of a ferromagnetic permalloy nanodisc to nanosecond electric field pulses is studied. The dynamics of the magnetic order of the nanodiscs during this process are examined and discussed. Ferromagnet nanodiscs, when below a critical size and in the absence of any external field, relax to a vortex phase as the ground state due to the demagnetizing field. Simulations demonstrate that the planar chirality of such a ferromagnet nanodisc can be switched via a time-wise electric field pulse on the order of a few ns duration that generates radially varying tangential magnetic fields. These fields couple to the vortex state of the nanodisc ferromagnet electrodynamically, revealing an effective and robust method to control chirality. Here, we focus on the analysis of the energetics of the reversal process. A strong thickness dependence of the chirality reversal in the nanodiscs is found that emanates from the anisotropy of the demagnetizing fields. Our results indicate that chiral switching of the magnetic moments in thin discs can give rise to a transient vortex-antivortex lattice not observed in thicker discs. This difference in the chirality reversal mechanism emanates from profoundly different energy barriers to overcome in thin and thicker discs. We also report the polarity-chirality correlation of a vortex that appears to depend on the aspect ratio of the nanodiscs.
Benzer Tezler
- Electromechanical analysis of linear compressor for household refrigerators
Ev tipi buzdolabı için lineer kompressörün elektromekanik analizi
ADNAN HASSAN
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Evirici çıkış transformatörlerinin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of inverter output transformers
SELAMİ BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM SEFA
- İletim hatlarının oluştuduğu elektrik ve magnetik alanların insan sağlığı üzerindeki etkileri
Effects of electric and magnetic fields produced by transmission lines on health
AYŞE TÜTER
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- LLC rezonant yarım köprü dönüştürücüsündeki manyetik elemanların güç kaybı kestirim yöntemleri ve doğrulanması
Power loss estimation methods and verification for magnetic components used in LLC resonant half bridge converter
VOLKAN SÜEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK KİZİR
- Design and analysis of topologies and control algorithms used in ev fast charging systems
Elektrikli araç hızlı şarj sistemlerinde kullanılan topolojiler ve kontrol algoritmalırının analizi ve tasarımı
ÖZGÜR CAN MİLLETSEVER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ