大規模なマイクロマグネティクス解析による超高密度垂直磁気記録用単磁極ヘッドの研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560352
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Niigata Institute of Technology
• Principal Investigator: 金井 靖 新潟工科大学, 工学部, 教授 (00251786)
• Keywords: 垂直磁気記録 / 記録ヘッド / 数値解析 / マイクロマグネティクス

Research Abstract

1.PCクラスタ計算機の導入
垂直磁気記録単磁極ヘッドおよび垂直2層媒体を考慮した3次元空間の系全体を扱うため,大規模な計算を高速に実行する計算機を導入した.すなわち,32ビットCPUの計算機を8台購入し,申請者がPCクラスタシステムを組み上げた.
2.LLG解析ソフトウェアの書き換え
現有のC++プログラムを数値解析で実績があるFORTRANにプログラムを書き換えた上で,上記1.のPCクラスタシステムで並列処理が行えるものとした.さらに,アルゴリズムの工夫や計算機ごとの計算負荷の均一化により,計算速度を当初比の30倍とした.
3.高速化と省メモリ化
マイクロマグネティクス計算で最も計算時間を要する箇所は静磁界計算である.これは全てのセル同士で総当りの演算を行うため,演算回数はセルの2乗に比例する.よって,従来の直接法を用いては並列計算によっても実用レベルは実現し難い.一方,記録ヘッドの構造は周期境界条件を与えられないので,高速フーリエ変換(FFT)を導入し難いとされていた.ここでは工学院大学の吉田先生の協力を得て,FFTを用いたアルゴリズムを導入し,さらに,並列化プログラミングを実施した.これにより,演算回数はNlog_2Nとすることができ,たとえば10nmセルを用いた計算では当初と比べ4800倍の速度を得た,同時にゼロパッディングの領域を適当に選択することによって省メモリ化を図り,当初比約1/3のメモリ使用量を実現した.
4.計算システムの妥当性の検証
旧来の有限要素法では求め得なかった,記録電流に対する記録磁界の遅れを,いろいろな材料特性と構造について求めた.今後はいろいろなソフトウェアとの比較を行うとともに,ビットパターン媒体への記録などを検討する予定である.
5.その他
得られた記録ヘッド磁界を用い,東北大学の協力により種々の特性を持つ媒体残留磁化の計算を行った.