Modeling linear and nonlinear soft ferromagnetic materials

Tesis doctoral

Resumen

Avui en dia els imants formen part de la nostra vida diària, per exemple són responsables de la majoria de conversió, generació i consum d’energia. En aquestes aplicacions es necessita un control precís dels camps magnètics i de les imantacions dels materials per millorar les aplicacions ja existents o descobrir-ne de noves. Això no podria ser possible sense l’impressionant desenvolupament dels materials magnètics en els últims anys. Més concretament durant el segle passat, s’han obtingut valors extrems d’anisotropia cristal·lina que abasta cinc ordres de magnitud obtenint materials tous (molt poca anisotropia) o durs (alta anisotropia). Els materials ferromagnètics tous són de gran interès, perquè poden guiar i concentrar els camps magnètics, presenten poca histèresi i grans valors de imantació de saturació i susceptibilitat. Aquests materials es troben, per exemple, en electroimants, on un nucli de ferromagnètic tou concentra el camp magnètic o en transformadors elèctrics, motors o generadors en els quals es necessiten poques pèrdues energètiques per histèresi. El gran número de potencials aplicacions o aplicacions ja existents té lloc en diferents escales variant des de molt grans (metres) fins a molt petites (nanòmetres). Una de les aplicacions en l’escala gran és la levitació de superconductors. Aquests últims materials han demostrat presentar levitació estable i passiva sent capaços d’aixecar centenars de kilograms. Utilitzant aquests conceptes, el material superconductor es col·loca enganxat a un vehicle que levita sobre una via de imants permanents. L’avantatge d’aquesta tecnologia és la reducció de fricció, permetent aquests vehicles alcançar grans velocitats amb poc consum d’energia. Els materials ferromagnètics tous juguen un paper en el disseny de vies magnètiques perquè poden concentrar el camp magnètic dels imants cap al superconductor, augmentant així la força de levitació. A petita escala, una aplicació molt important és l’emmagatzemament d’informació magnètica i des de fa unes dècades, l’industria ha estat avançant molt en la física de materials tous a la nanoscala. En aquest cas, els imants produeixen camps magnètics que poden ser utilitzats per emmagatzemar informació. Aquesta informació pot ser llegida per una punxa lectora magnetoresistiva, feta en gran part amb materials ferromagnètics tous. La informació també pot ser emmagatzemada en matrius de unions túnel magnètiques o, simplement cilindres tous a escala nanoscòpica. Aquests últims poden presentar un estat de vòrtex a remanència, una imantació que pot emmagatzemar dos bits de informació, reduint així la densitat de informació (numero de bits per unitat d’àrea magnètica). L’objectiu d’aquesta tesi és modelitzar el comportament de materials ferromagnètics tous en l’escala macroscòpica i microscòpica, i estudiar la seva interacció amb altres materials magnètics com poden ser imants permanents, superconductors o antiferromagnètics pel seu us en les aplicacions mencionades. Aquesta tesi està estructurada en dos parts. En la primera part introduïm el model que descriu la interacció mútua d’un material lineal homogeni i isòtrop amb un superconductor de tipus II en estat crític. Aquest model és aplicat a la optimització de una típica via de tren magnètic levitant. En la segona part presentem un model no lineal basat en el formalisme micromagnètic per tal de modelitzar un material ferromagnètic tou a escala manomètrica. Aquest model és aplicat al estudi de ferromagnètics amb un bias de exchange i al control d’estats de vòrtex magnètics.
Fecha de lectura21 nov 2013
Idioma originalInglés
SupervisorCarles Navau Ros (Director/a), Nuria del Valle Benedi (Director/a) & Alvaro Sanchez Moreno (Director/a)

Citar esto

'