Micromagnetic model of magnetization reversal of magnetically hard ultrathin dots and stripes

Eleoui, Mustafa; Fruchart, Olivier; Toussaint, Jean-Christophe

doi:10.1016/j.jmmm.2004.05.009

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“…As a consequence, the switching field of even very small samples may differ from the prediction of the macrospin model. Some analytical models have been developed for soft [68] of hard [69,70] magnetic materials. It is moreover very likely that these effects are amplified by the surface anisotropy term and the exchange reduction at the surfaces [71,72].…”

Section: Single Domain Statesmentioning

confidence: 99%

Magnetism in reduced dimensions

Fruchart

Thiaville

2005

Comptes Rendus. Physique

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We propose a short overview of a few selected issues of magnetism in reduced dimensions, which are the most relevant to set the background for more specialized contributions to the present Special Issue. Magnetic anisotropy in reduced dimensions is discussed, on a theoretical basis, then with experimental reports and views from surface to single-atom anisotropy. Then conventional magnetization states are reviewed, including macrospins, single domains, multidomains, and domain walls in stripes. Dipolar coupling is examined for lateral interactions in arrays, and for interlayer interactions in films and dots. Finally thermally-assisted magnetization reversal and superparamagnetism are presented. For each topic we sought a balance between well established knowledge and recent developments.To cite this article: O. Fruchart, A. Thiaville, C. R. Physique X (y) (2005). RésuméNous proposons un panorama de quelques aspects du magnétisme en dimensions réduites, appropriés comme toile de fond pour les articles plus spécialisés de ce numéro spécial. L'anisotropie magnétique en dimensions réduites est discutée, sur le plan théorique, puis appuyée par des exemples, allant des surfaces aux atomes individuels. Les configurations d'aimantation les plus courantes sont ensuite décrites : macrospins, monodomaines, multidomaines, parois dans des bandes. Les couplages magnétiques, essentiellement dipolaires, sont décrit pour des réseaux et pour des bi-couches. Enfin nous présentons les effets de l'activation thermique, de la baisse de coercitivité jusqu'au superparamagnétisme. Pour chaque aspect nous avons recherché unéquilibre entre résultatsétablis et développements récents.Pour citer cet article : O. Fruchart, A. Thiaville, C. R. Physique X (y) (2005).

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Section: Single Domain Statesmentioning

confidence: 99%

Magnetism in reduced dimensions

Fruchart

Thiaville

2005

Comptes Rendus. Physique

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Nucleation of magnetisation reversal, from nanoparticles to bulk materials

Vogel

Moritz

Fruchart

2006

Comptes Rendus. Physique

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We review models for the nucleation of magnetisation reversal, i.e. the formation of a region of reversed magnetisation in an initially magnetically saturated system. For small particles models for collective reversal, either uniform (Stoner-Wohlfarth model) or non-uniform like curling, provide good agreement between theory and experiment. For microscopic objects and thin films, we consider two models, uniform (Stoner-Wohlfarth) reversal inside a nucleation volume and a droplet model, where the free energy of an inverse bubble is calculated taking into account volume energy (Zeeman energy) and surface tension (domain wall energy). In macroscopic systems, inhomogeneities in magnetic properties cause a distribution of energy barriers for nucleation, which strongly influences effects of temperature and applied field on magnetisation reversal. For these systems, macroscopic material parameters like exchange interaction, spontaneous magnetisation and magnetic anisotropy can give an indication of the magnetic coercivity, but exact values for nucleation fields are in general hard to predict.To cite this article: J. Vogel, J. Moritz, O. Fruchart, C. R. Physique 7, 977 (2006). RésuméNucléation du renversement de l'aimantation, de nanoparticules aux systèmes macroscopiques. Nous passons en revue différents modèles traitant de la nucléation dans des systèmes magnétiques. La nucléation est l'étape qui initie le renversement de l'aimantation dans des objets magnétiques préalablement saturés en champ. Pour des particules d'extension spatiale réduite -typiquement inférieureà la largeur de paroi de domaines magnétiques-les modèles de renversement collectif, homogène (modèle de Stoner-Wohlfarth) ou par exemple de type 'curling' donnent un bon accord avec l'expérience. Pour des objets microscopiques et des couches minces, nous discutons deux approches, l'une supposant le renversement homogène de l'aimantation dans un volume d'activation de taille réduite, l'autre fondée sur l'énergie de formation d'une gouttelette. Cette dernière est calculée en tenant compte de l'énergie de volume (terme Zeeman) et de surface (énergie de paroi). Les deux approches sont utilisées pour déterminer des volumes d'activation ou ajuster des courbes expérimentales. Il semblerait que le modèle de gouttelette soit plus pertinent pour expliquer les variations thermiques des champs de renversement ou leur comportement dynamique. Dans les systèmes macroscopiques, les inhomogénéités du matériau donnent lieuà des distributions d'énergie de barrière qu'il est nécessaire d'intégrer dans les calculs. Ainsi les paramètres comme l'anisotropie ou l'échange peuvent donner une indication de la coercitivité, mais il est en général difficile de prévoir sa valeur exacte. Pour citer cet article : J. Vogel, J. Moritz, O. Fruchart, C. R. Physique 7, 977 (2006).

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Micromagnetic model of magnetization reversal of magnetically hard ultrathin dots and stripes

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Magnetism in reduced dimensions

Nucleation of magnetisation reversal, from nanoparticles to bulk materials

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