Local magnetic field device forartificial spin ice
Abstract
En kunstig spinn-is er en er et system som består av en sampling koblededipolmagneter. Individuelt har magnetene en helt vanlig oppførsel, menkollektivt utøver de en rekke komplekse og interessante oppførsler. I det sistetiåret har disse systemene vært et aktivt forskningstema, ettesom de har muligebruksområder på tvers av mange industrier.
Et bruksområde som er spesielt relevant for dette arbeidet er beregning. Kunstigspinn-is kan være en passende kandidat for lavstrøms- eller reservoar-beregning,ettersom de kan produseres slik at de har en ekstremt kompleks respons til etgitt inngangssignal. For å kunne brukes til dette må det være mulig å påtrykkesignaler på inngangen av dette systemet, og dette arbeidet undersøker en metodefor å gjøre nettopp dette.
Ettersom magnetene i isen er veldig tett koblet, vil det å endremagnetiseringsretningen til en magnet også påvirke de nærliggende magnetene, noesom vil bre seg videre utover i gitteret. Magnetene kan snus ved å påtrykke etmagnetfelt, typisk ved bruk av en sterk ekstern magnet. Dette arbeidet vil se påhvordan dette heller kan gjøres med det lokale magnetfeltet fra en leder, slikat man kan snu en enkeltmagnet eller en gruppe magneter.
I første omgang ble lederens egenskaper undersøkt via simuleringer iComsol® Multiphysics. Simuleringene viste at at det er mulig åprodusere en leder har dimensjoner som gjør det mulig å generere et magnetfeltav passende størrelse med rimelig strøm, mens den fortsatt er stor nok til ådeponere nanomagneter oppå.
Resultatene fra simuleringene ble brukt til å produsere et sett med prøver påNTNU Nanolab, som ble testet for strømkapasitet og inspisert med magnetiskdomenavbildning. Grunnet produksjonsvanskeligheter var ikke prøvene brukbare forkaraktisering av feltstyrken, så simuleringene krever fortsatt verifisering. An artificial spin ice is a system that is made up of a collection of coupleddipole nanomagnets. Although the magnets individually do not behave in anyspecial way, the lattice as a whole has a range of complex and interestingbehaviors. In the last decade, they have been the subject of a significantamount of research, as they have potential applications across many industries.
One application which is especially relevant for this work is computing.Artificial spin ices have been suggested as candidates for low-power andreservoir computing, as they can be tailored to have very complex responses to agiven input signal. To use them in this fashion, a signal has to be applied tothe input of the system, and this work will examine a method for doing this.
As the magnets are tightly coupled, changing the magnetization direction of ananomagnet will affect its neighbors, and propagate throughout the lattice. Thiscan be done by applying a magnetic field to the magnet, typically by using apowerful external magnet. This work examines whether it is possible to use asimple wire, or a stripline, as a small magnetic field generator whichaffects only one or a small group of nanomagnets.
The properties of the stripline and the magnetic field were initiallyinvestigated through simulations using Comsol® Multiphysics.The simulations showed that a stripline can be manufactured which is of asuitable size for the deposition of nanomagnets, while still generating a sufficientmagnetic field with a reasonable current supply.
The results of the simulations were used to manufacture samples at NTNUNanolab, which were tested for current capacity and inspected under magneticforce microscopy. Due to manufacturing problems, the samples were not suitablefor measurement of the magnetic field strength, so the simulation results stillrequire verification.