Monte Carlo simulation of bit patterned media applied to data storage devices

Abstract

En este trabajo presentamos un marco completo de para la simulación atomística de materiales magnéticos patronados. Tiene características que permiten la observación de efectos causados por impurezas magnéticas en la matriz (idealmente no magnética) de dichos materiales; también, el efecto super-para-magnético en estos materiales a temperaturas suficientemente altas. El modelo atomístico de este marco es compatible con el método de integración Monte Carlo y el método de integración de la ecuación estocástica de Landau-Lifshitz-Gilbert con dinámica de Langevin; estas técnicas permiten el estudio tanto de las propiedades magnéticas estáticas así como de las dinámicas en los materiales antes mencionados. Como una aplicación de este marco, fue desarrollado un nuevo diseño de material magnético patronado basado en cobalto con una anisotropía uni-axial efectiva fuera del plano, nuestro modelo se caracteriza por la inclusión de impurezas magnéticas en la matriz no magnética de este material. Luego de que el modelo del material fuera refinado durante tres iteraciones usando simulaciones Monte Carlo, fueron realizadas otras simulaciones usando un integrador atomístico para la ecuación de Landau-Lifshitz-Gilbert con dinámica de Langevin para estudiar el comportamiento del sistema, prestando atención especial al límite super-para-magnético. Nuestro sistema modelo exhibe tres transiciones de fase magnéticas, una de ellas se debe a la matriz dopada magnéticamente y a la interacción débil entre las nano-estructuras que componen el material. Las otras transiciones de fase en el sistema así como las características del diagrama de fase son explicadas a lo largo del trabajo. Nuestra conclusión principal incluye la simplicidad y la robustez probada del modelo que desarrollamos y la aplicabilidad de los materiales magnéticos patronados incluso cuando hay una cantidad significativa de impurezas magnéticas en la matriz del material (Texto tomado de la fuente)

In this work we present a complete framework for atomistic simulation of bit patterned media. It has features that support the observation of effects caused by magnetic impurities in the ideally non magnetic matrix of the bit patterned media; and also, the super paramagnetic effect on bit patterned media at sufficiently large temperatures. The atomistic model of the framework is compatible with Monte Carlo integration as well as the integration of the stochastic Landau–Lifshitz–Gilbert equation with Langevin dynamics; these techniques allow to study both, the static and dynamic magnetic properties of the aforementioned media. As an application of the new design of cobalt based bit patterned media with effective off-plane uni-axial anisotropy, our model features the inclusion of magnetic impurities in the non-magnetic matrix. After the material model was refined during three iterations using Monte Carlo simulations, further simulations were performed using an atomistic integrator of Landau–Lifshitz–Gilbert equation with Langevin dynamics to study the behavior of the system paying special attention to the super-paramagnetic limit. Our model system exhibits three magnetic phase transitions, one due to the magnetically doped matrix material and the weak magnetic interaction between the nano-structures in the system. The different magnetic phases of the system as well as the features of its phase diagram are explained. Our main conclusions include the simplicity and proved robustness of the model we developed and the applicability of bit patterned media even with a significant amount of magnetic impurities in the matrix of the bit patterned media