Modeling of hysteresis loops by Monte Carlo simulation - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue AIP Advances Année : 2015

Modeling of hysteresis loops by Monte Carlo simulation

Modélisation des boucles d'hystérésis par simulation Monte Carlo

Résumé

Recent advances in MC simulations of magnetic properties are rather devoted to non-interacting systems or ultrafast phenomena, while the modeling of quasi-static hysteresis loops of an assembly of spins with strong internal exchange interactions remains limited to specific cases. In the case of any assembly of magnetic moments, we propose MC simulations on the basis of a three dimensional classical Heisenberg model applied to an isolated magnetic slab involving first nearest neighbors exchange interactions and uniaxial anisotropy. Three different algorithms were successively implemented in order to simulate hysteresis loops: the classical free algorithm, the cone algorithm and a mixed one consisting of adding some global rotations. We focus particularly our study on the impact of varying the anisotropic constant parameter on the coercive field for different temperatures and algorithms. A study of the angular acceptation move distribution allows the dynamics of our simulations to be characterized. The results reveal that the coercive field is linearly related to the anisotropy providing that the algorithm and the numeric conditions are carefully chosen. In a general tendency, it is found that the efficiency of the simulation can be greatly enhanced by using the mixed algorithm that mimic the physics of collective behavior. Consequently, this study lead as to better quantified coercive fields measurements resulting from physical phenomena of complex magnetic (nano)architectures with different anisotropy contributions.
Les avancées récentes dans les simulations MC des propriétés magnétiques sont plutôt consacrées à des systèmes sans interaction ou à des phénomènes ultrarapides, tandis que la modélisation de boucles d'hystérésis quasi-statiques d'un assemblage de spins avec de fortes interactions d'échange internes reste limitée à des cas précis. Dans le cas de tout assemblage de moments magnétiques, nous proposons des simulations MC sur la base d'un modèle Heisenberg classique tridimensionnel appliqué à une dalle magnétique isolée impliquant des interactions d'échange des premiers voisins les plus proches et une anisotropie uniaxiale. Trois algorithmes différents ont été successivement implémentés afin de simuler des boucles d'hystérésis : l'algorithme libre classique, l'algorithme du cône et un algorithme mixte consistant à ajouter des rotations globales. Nous concentrons particulièrement notre étude sur l'impact de la variation du paramètre de constante anisotrope sur le champ coercitif pour différentes températures et algorithmes. Une étude de la distribution des mouvements d'acceptation angulaire permet de caractériser la dynamique de nos simulations. Les résultats révèlent que le champ coercitif est linéairement lié à l'anisotropie à condition que l'algorithme et les conditions numériques soient soigneusement choisis. D’une manière générale, il apparaît que l’efficacité de la simulation peut être grandement améliorée en utilisant un algorithme mixte imitant la physique du comportement collectif. Par conséquent, cette étude a permis de mieux quantifier les mesures de champs coercitifs résultant de phénomènes physiques d'architectures magnétiques (nano) complexes avec différentes contributions d'anisotropie.

Dates et versions

hal-02127480 , version 1 (13-05-2019)

Identifiants

Citer

Z. Nehme, Y. Labaye, R. Sayed Hassan, N. Yaacoub, Jean-Marc Greneche. Modeling of hysteresis loops by Monte Carlo simulation. AIP Advances, 2015, 5 (12), pp.127124. ⟨10.1063/1.4938549⟩. ⟨hal-02127480⟩
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