Исследование эффекта перемагничивания в системах ϕ0 джозефсоновских переходов с использованием параллельных вычислений

Исследование эффекта перемагничивания в системах ϕ₀ джозефсоновских переходов с использованием параллельных вычислений

М.В. Башашин¹, И.Р. Рахмонов², А.Р. Рахмонова¹, Е. В. Земляная¹,

Ю.М. Шукринов²

¹ Лаборатория информационных технологий ОИЯИ

²Лаборатория теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова ОИЯИ

Изучается динамика намагниченности под действием импульса тока в джозефсоновском ϕ₀ переходе с прямой связью между магнитным моментом и сверхпроводящим током (см. схему на рис. 1). Модель описывается задачей Коши для системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений. Исследуются временные зависимости компонент магнитного момента при различных значениях параметров ϕ₀ перехода, на основе которых установлены интервалы параметров, где реализуется его переворот от m_z = 1 к m_z = −1. Определение интервалов переворота магнитного момента требует обсчета большого количества наборов параметров модели, для которых осуществляется численное решение вышеупомянутой задачи Коши. Это приводит к значительным затратам компьютерного времени. Для ускорения вычислений были разработаны параллельные программы на языке программирования C++ с использованием технологий параллельного программирования MPI и OpenMP. В результате проведенного численного исследования обнаружена периодичность в возникновении интервалов переворота магнитного момента при изменении параметра спин-орбитальной связи, параметра гильбертовского затухания и отношения джозефсоновской энергии к магнитной (см. пример периодического расположения интервалов перемагничивания на рис. 2). В настоящее время продолжается исследование влияния различных параметров модели на эффект перемагничивания в рамках модели, представленной на рис. 1, и ее модификаций.

Рис.1 Схематическое изображение ϕ₀ джозефсоновского перехода

Рис.2. Пример периодичности в конфигурации интервалов переворота магнитного момента на плоскости параметров G (отношение джозефсоновской энергии к магнитной энергии) и r (параметр спин-орбитальной связи). Расчет сделан при фисированных значения параметра диссипации (α = 0.1) и амплитуды импульса тока (***A_s*** = 1.5).

Публикации:

Atanasova, P.K., Panayotova, S.A., Rahmonov, I.R. et al. Periodicity in the Appearance of Intervals of the Reversal of the Magnetic Moment of a ϕ0 Josephson Junction. Jetp Lett. 110, 722–726 (2019).

Башашин М.В., Земляная Е.В. Сравнительный анализ производительности MPI- и OpenMP-программ на примере параллельных расчетов в рамках модели ядро-ядерного потенциала и модели φ0-спинтроники. Современные информационные технологии и ИТ-образование, , v. 18, n. 3, p. 545-557 (2022).

Bashashin, M., Zemlyanaya, E. & Rahmonov, I. Parallel Simulation of the Magnetic Moment Reversal within the φ0-Josephson Junction Model. Phys. Part. Nuclei Lett. 20, 1157–1160 (2023).

Rakhmonov, I.R., Rakhmonova, A.R. & Shukrinov, Y.M. Magnetization Reversal by Pulse of Magnetic Field in SQUID with Single φ0-Junction. Phys. Part. Nuclei Lett. 20, 1161–1164 (2023).