用显卡通用计算方法设计超导/铁磁异质结构的磁通量子器件

在超导/铁磁异质结构(Superconductor-ferromagnet hybrids,SFH)体系中，由于纳米尺度不同的铁磁结构对超导磁通量子形式多样的钉扎势作用，磁通量子的运动出现匹配效应(matching effect)、棘轮效应(rectification effect)等新颖有趣的物理现象。精确的钉扎势场分布是深入理解磁通量子运动规律，准确设计磁通量子器件的基础，然而，严格计算钉扎势需同时求解耦合的微磁学和超导两大基本方程，计算量巨大。本工作将利用最新的显卡通用计算技术(GPGPU)的巨大计算能力克服计算量大的困难，从求解基本物理方程出发，得到不同铁磁结构的精确钉扎势，进而准确研究磁通量子在这些钉扎势下的动力学特性。本项目将发展一套利用显卡通用计算技术解决凝聚态物理学中大规模数值计算问题的方法，并设计出一到两种新颖的磁通量子器件。

本项目研究要点为：（1）铁磁的唯象模拟（2）超导的唯象模拟（3）铁磁涡旋与超导磁通量子的相互作用的模拟（4）显卡通用计算在前两种模拟中的应用。.基于TDGL方程模拟了超导薄膜的快冷相变过程。统计了自发形成的磁通量子随时间的变化。磁通量子数目与冷却速度间的关系满足KZ相变机制理论结果。.利用LLG方程OOMMF代码计算了软磁薄膜从顺磁态到铁磁态演变过程，统计了铁磁涡旋随时间变化速度，分析了变化与铁磁交换场、退磁场、各向异性场之间的关系。.模拟了超导磁通量子与铁磁涡旋之间静磁相互作用势与距离的关系。结果表明前人忽略铁磁涡旋中心磁矩垂直分量的近似是不可接受的。在中心磁矩与超导磁通游离场同向的情形下，钉扎势是中心处极小的；而在反向情形下的钉扎势是靠边沿处极小。两种情形下铁磁涡旋中心有一定的偏移，铁磁层总磁矩的z分量也有一定的变化。