几种微磁学模拟软件的应用与比较(3)
微磁学以实际应用为主。不同于基础磁学，在微磁学中使用的基本磁性物理常数是通过实验或模拟来确定，而不经过自洽的理论预测。它应用范围可以涵盖从纳米直至宏观尺度的铁磁体或铁磁器件的基本性质。自20世纪70年代起，微磁学被硅谷从事磁信息存储工业的研究人员应用于尺度越来越小的各类磁记录介质和磁头的研究中，起到了非常重要的作用。微磁学的代表性工作一般有：磁滞回线、磁畴结构、磁导率的计算，硬盘读写过程模拟等。
近年来随着计算机计算能力的飞速提高，利用微磁学来模拟磁性材料已经成为磁性领域研究的重要手段。通过微磁学模拟能够揭示磁性材料内部的磁矩分布、磁畴的演化情况，比如它的形成、传播、收缩和移动等等，从而反映出成核和磁反转的机理，同时得到材料的宏观磁性质和相关物理量。微磁学模拟开辟出了一个极富挑战性的研究方向，目前已经借助它来模拟低文磁性材料、磁隧道结、磁传感器以及读写磁头等，还可以用它来知道磁体的设计、建造与应用。同时，随着纳米材料科学技术的发展，微磁学模拟已经在各种单层以及多层的纳米薄膜、纳米线、纳米点阵的研究中得到了广泛的应用，获得了极好的效果。
可以预见，在未来的材料科学研究中，在寻找新材料的过程中，微磁学模拟的手段将被大量使用[4]，随着理论的发展，经验的积累，在成分-结构-性能三者关系的研究中取得的任何进步都将会对磁性材料的探索具有重要的意义，对所有的材料科学也会有不可估量的影响。
1.3 本课题研究的内容
目前常用的微磁学模拟软件包括开源代码的OOMMF[5]、Nmag[6]、Magpar[7]等，以及商业软件LLG Micromagnetics Simulator [8]，以及近些年陆续冒出的基于GPU并行计算的多款新软件。各类微磁学模拟软件基本上都基于LL/LLG系列方程，不同之处在于计算考虑的磁相互作用能量项数略有差别。一个微磁学模拟的结果，是否是正确的结果，通常需要用不同的软件进行比较、校验、确认。因此应用多种微磁学模拟软件，是微磁学模拟中的常用的手段。
本课题将在学习、掌握多种微磁学模拟软件的基础上，通过应用两种具有代表性的微磁学模拟软件OOMMF和LLG Micromagnetics Simulator对同一磁结构进行模拟，比较其模拟的结果，体会各软件的优缺利弊，并加以总结。通过掌握微磁学模拟软件的使用，选择三种的典型纳米结构，对应掌握相应模拟功能的具体操作方式，对其随外磁场变化的磁性能以及磁畴分布状况等开展相关的微磁学模拟研究工作，并与结合理论分析结果进行比对与分析。通过微磁学模拟的研究，探索纳米结构中的材料性能参数、结构参数对于磁性能的影响规律，并探讨其机制根源。
通过本课题的研究，一方面深入了解微磁学模拟的理论知识以及具体软件的模拟原理与操作方法，体会微磁学模拟技术在微磁学研究领域中的重要应用意义。另一方面，通过不同软件对同一模型的模拟，了解了各软件的优缺点同时也验证了模拟结果的准确性。