Simulation neuartiger Magnetwerkstoffe

START-Projekt Y 132Simulation neuartiger MagnetwerkstoffeThomas SCHREFL18.06.1999 Erscheinungen des Magnetismus sind aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Magnetische Werkstoffe sind wichtige Bestandteile in Transport- und Informationstechnologie, Maschinen und vielen anderen Systemen. Neben der magnetischen Datenspeicherung spielen hartmagnetische Werkstoffe eine wichtige Rolle in vielen elektro-, magneto-mechanischen und elektronischen Anwendungen. Die Entwicklung moderner magnetischer Werkstoffe für Speichermedien mit hoher Speicherkapazität, Hochleistungsdauermagnete, oder magnetische Sensoren erfordert die gezielte Optimierung der magnetischen Eigenschaften. Die minimale Bitgröße eines Speichermediums, die im Dauermagneten gespeicherte Energie, und die Empfindlichkeit magnetischer Sensoren hängen stark von der Mikrostruktur des Materials ab. Simulationsrechnungen, wie sie im Projekt vorgesehen sind, können diese Effekte beschreiben und liefern die theoretischen Grundlagen für die Entwicklung zukünftiger Magnetwerkstoffe. Ein Beispiel ist die Entwicklung künftiger Speichermedien mit Speicherdichte von mehr als 10 Gigabits pro Quadratzentimeter. Dies setzt die genaue Kenntnis des magnetischen Verhaltens voraus. Es soll möglich sein, ein bit in weniger als einer Nanosekunde (milliardstel Sekunde) zu schreiben, die einmal geschriebene Information soll danach aber über Jahre erhalten bleiben. Zur Simulation dieser Prozesse werden bestehende Modelle erweitert. Mit neuartigen Simulationsmodellen lassen sich sowohl das schnelle Abspeichern der Bits als auch der mögliche Datenverlust durch thermische Effekte beschreiben. Ein weiteres Beispiel betrifft Hochleistungsdauermagnete, die in energiesparenden Motoren eingesetzt werden. Die Simulation der Bildung oder des Wachstum von magnetischen Domänen liefert die Richtlinien zur Optimierung der dabei benötigten Werkstoffe. Einen weiteren Entwicklungsschritt zur Entwicklung neuer Werkstoffe ermöglicht die moderne Nanotechnologie. Durch die gezielte Strukturierung des Materials auf einer Längenskala von wenigen Nanometern (millionstel Millimeter) ist es möglich, die magnetischen Eigenschaften im Hinblick auf die gewünschte Anwendung zu optimieren. Beispiele sind magnetische Vielfachschichten und magnetische Nanoelemente, die als Sensoren und in der Magnetoelektronik eingesetzt werden. Durch Computersimulationen sollen im Rahmen des Projektes die Eigenschaften dieser nanostrukturierten Materialien genau vorhergesagt werden.