Micro-magnetoelastic modeling of Terfenol-D for spintronics

磁晶各向异性 材料科学 矫顽力 自旋电子学 多铁性 铁磁性 凝聚态物理 残余应力 磁各向异性 磁化 复合材料 光电子学 磁场 物理 量子力学 电介质 铁电性
作者
Michael Guevara De Jesús,Mohanchandra K. Panduranga,Paymon Shirazi,Scott Keller,Malcolm Jackson,Kang L. Wang,Christopher S. Lynch,Greg P. Carman
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:131 (23) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0090076
摘要

This article focuses on computational studies evaluating the influence of crystallinity, residual stresses, and out-of-plane (OOP) deterministic switching on Terfenol-D nano/microstructures. The computational models use both coupled and uncoupled Landau–Liftshitz–Gilbert equations with elastodynamics to study strain-induced magnetization reorientation. A Voronoi tessellation approach models the crystal distribution in the microstructures subjected to residual stresses with good agreement to experimental data including large changes in coercivity values, i.e., from 100 to 3000 Oe. Parametric studies show how the coercivity is manipulated with residual stresses, including a magnetoelastically induced perpendicular-magnetic-anisotropy (PMA), important for memory applications. Additional parametric studies focus on epitaxially deposited micro-disks, revealing that residual stresses can create magnetoelastically dominant easy axes along the ⟨110⟩ directions, which are energetically favorable relative to the intrinsic ⟨111⟩ magnetocrystalline easy axes. Modification of the global easy axis is used to design a strain-mediated multiferroic composite consisting of a 20 nm epitaxially deposited Terfenol-D memory bit with PMA grown on a PZT substrate. The multiferroic disk achieves OOP deterministic clocking with an applied voltage.

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