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Dynamic Domains in Strongly Driven Ferromagnetic Films

Mayes, Katherine :
Dynamic Domains in Strongly Driven Ferromagnetic Films.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2003)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Dynamic Domains in Strongly Driven Ferromagnetic Films
Language: English
Abstract:

The structures occurring in a transversely pumped, dissipative ferromagnetic film are investigated. The dynamics of the magnetization density is modelled using the Landau-Lifshitz equation. The model includes the exchange field, easy-axis anistropy and the demagnetizing part of the dipole field. In addition a saturating static field normal to the film and a resonant pump field in the plane of the film are applied. The investigation is carried out both by numerical and analytical methods. Two types of solution are found. Firstly, the homogeneous solution, where the magnetization rotates uniformly throughout the film at the frequency of the pump field. Secondly, dynamic domains are found. In the reference frame rotating with the driving field, dynamic domains have a stationary domain structure, like that known from static domains, yet in the lab frame their position is stationary while the magnetization within the domains rotates at different angles. The homogeneous solution is computed analytically and its stability investigated by means of a complete linear stability analysis. The features of the dynamic domain solution far from the domain wall are discussed and it is seen that dynamic domains merge into one another as the amplitude of the pump field is increased, eventually returning to the homogeneous solution. However, knowledge of the solution far from the wall does not suffice to determine whether the wall between these two domains is moving (an unstable solution) or stationary (a stable solution). By an expansion around the limiting case of no damping, the structure of the wall is determined, for both planar and cylindrical domain walls. Now it is known that static 180-degree domain walls will travel through a ferromagnetic probe at a velocity proportional to the total internal magnetic field in the easy-axis direction (Walker solution). Yet we are able to show that application of a transverse pump field at an amplitude above a certain critical threshold can call a halt to this travelling motion and allow stationary dynamic domains to form in the probe.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In dieser Arbeit werden sowohl mit numerischen als auch mit analytischen Methoden Strukturen untersucht, die sich in einem transversal getriebenen, dissipativen ferromagnetischen Film einstellen. Die Dynamik der Magnetisierungsdichte wird durch die Landau-Lifshitz-Gleichung beschrieben. Das Modell beinhaltet das Austauschfeld, eine easy-axis Anisotropie und den entmagnetisierenden Teil des Dipolarfeldes. Zusätzlich werden ein saturierendes statisches Feld normal zum Film und ein resonantes Pumpfeld in der Filmebene angelegt. Man findet zwei Arten von Lösungen: Zunächst gibt es die homogene Lösung, bei der die Magnetisierung im Film uniform mit der Frequenz des Pumpfeldesrotiert. Als zweite Sorte von Lösungen findet man dynamische Domänen. In einem mit dem treibenden Feld mitrotierenden Bezugssystem haben dynamische Domänen eine stationäre Struktur, ähnlich derjenigen von statischen Domänen. Im Laborsystem ist die Lage der Domänenwand stationär, aber die Magnetisierung rotiert innerhalb der Domänen mit unterschiedlichen Winkeln. Die homogene Lösung wird analytisch berechnet und ihre Stabilität anhand einer vollständigen linearen Stabilitätsanalyse untersucht. Die Eigenschaften der Domänenlösung weit entfernt von der Domänenwand werden hergeleitet und diskutiert. Allerdings ist die Kenntnis der Lösung weit entfernt von der Wand nicht ausreichend um festzustellen, ob die Wand sich bewegt (eine instabile Lösung) oder stationär ist (eine stabile Lösung). Mit einer Entwicklung um den Grenzfall verschwindender Dämpfung wird deshalb die Struktur der Wand bestimmt, sowohl für ebene als auch zylindrische Domänenwände. Es ist bekannt, dass beim Anlegen eines statisches Feldes normal zum Film statische 180-Grad Domänenwände durch eine ferromagnetische Probe wandern (Walker-Lösung). Wir zeigen hier dagegen, dass ein zusätzliches Anlegen eines transversalen Pumpfeldes mit einer Amplitude oberhalb einer gewissen kritischen Schwelle diese Bewegung zum Stillstand bringt und die Ausbildung stabiler dynamischer Domänen zulässt.German
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:48
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000302
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-3021
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Drossel, Prof. Dr. Barbara
Advisors: Sauermann, Prof. Dr Herwig
Refereed: 27 January 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/302
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