Mechanisch gekoppelte Phasenfeld-Modellierung von Ferromagneten unter Berücksichtigung von thermischer Fluktuation

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Bai-Xiang Xu
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322078368

Das magnetische Moment reagiert auf thermische Fluktuation. Diese haben großen Einfluss auf die Schaltdynamik der Magnetisierung, auf Dömänenevolution und Koerzitivfeldstärke. Darüber hinaus erscheint mechanisch kontrolliertes bzw. unterstütztes magnetisches Schalten als attraktive und alternative Methode zur Erzielung einer deterministischen 180° Dömänenumschaltung im Rahmen des Designprozesses von neuartigen Speicherzellen. Auch hierbei spielen thermische Fluktuationen eine wichtige Rolle. In diesem Projekt wollen wir zuerst ein theoretisches Modell unter Berücksichtigung der Mechanik entwickeln und numerische Strategien ableiten und anwenden, um den Einfluss der thermischen Fluktuation auf die Schaltdynamik, die Domänenevolution und die Koerzivitätsfeldstärke in Ferromagnetika unterhalb der Curie Temperatur zu untersuchen. Insbesondere wird aus der thermodynamischen Analyse ein Phasenfeldmodell mit der Theorie der Mikrokräfte (Theorie der Konfigurationskräfte) abgeleitet, bei dem die durch thermische Fluktuation induzierten Zufallsfelder im Gleichgewicht der Mikrokräfte berücksichtigt werden. Das entwickelte Modell wird mit stochastischen Finite-Elemente-Methoden (SFEM) implementiert. Dabei werden effiziente numerische Strategien eingesetzt. Schließlich werden umfangreiche Simulationen durchgeführt, um die Wirkung von thermischen Fluktuationen zu bewerten. Durch das vorgeschlagene, theoretische Modell und numerische Simulationen soll die Wechselwirkung zwischen Magnetisierung und thermischen Fluktuationen bzw. mechanischen Feldern erforscht werden. Dieses Projekt soll ein neuartiges Toolkit bieten, sowohl für das Studium und die Gestaltung der nächsten Generation von auf Nanoferromagneten basierenden Speichern und Logikbausteinen, als auch für die Untersuchung der Koerzitivitätsmechanismen von Hochtemperaturmagneten wie NdFeB.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen