JP2019219246A - Magnetic field simulation program, information processing device, and magnetic field simulation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁界シミュレーションプログラム、情報処理装置および磁界シミュレーション方法に関する。 The present invention relates to a magnetic field simulation program, an information processing device, and a magnetic field simulation method.
磁性体の磁化挙動を解析する技術として、磁性体を小さな磁石の集合としてモデル化し、磁区状態を数値シミュレーションするマイクロマグネティックシミュレーションが知られている。マイクロマグネティックシミュレーションは、HDD(Hard Disk Drive)の磁気ヘッドやMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)等のミクロな磁性デバイス、および永久磁石や電磁鋼板といった磁性材料の磁区状態を解析するために用いられる。 As a technique for analyzing the magnetization behavior of a magnetic material, a micromagnetic simulation that models a magnetic material as a set of small magnets and numerically simulates a magnetic domain state is known. The micromagnetic simulation is used to analyze a magnetic domain state of a magnetic material such as a magnetic head of an HDD (Hard Disk Drive) or a magnetic random access memory (MRAM), and a magnetic material such as a permanent magnet or an electromagnetic steel plate.
図11は、マイクロ磁化による磁性体のモデル化を説明するための図である。ここで、マイクロ磁化とは、個々の小さな磁石のことである。図11に示すように、マイクロマグネティックシミュレーションでは、磁性体を微小な要素(メッシュ)に分割し、要素ごとにマイクロ磁化91を配置し、各マイクロ磁化91の振る舞いを磁化ベクトル92として計算する。 FIG. 11 is a diagram for explaining modeling of a magnetic material by micro-magnetization. Here, the micromagnetization is an individual small magnet. As shown in FIG. 11, in the micromagnetic simulation, a magnetic material is divided into minute elements (mesh), micromagnetization 91 is arranged for each element, and the behavior of each micromagnetization 91 is calculated as a magnetization vector 92.
マイクロマグネティックシミュレーションでは、各マイクロ磁化の運動を支配する方程式(支配方程式)は、式(1)であり、LLG(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程式と呼ばれる。
ここで、「→」が上に付されたm、γ、αおよび「→」が上に付された有効磁界ベクトルHeffは、それぞれ磁化ベクトル、ジャイロ磁気定数、ダンピング定数および有効磁界ベクトルである。「→」はベクトルであることを示す。以降、ベクトルを示す「→」は式中でのみ使用し、他の個所では省略する。「×」は外積を示す。 Here, m, γ, α with “→” above and the effective magnetic field vector H eff with “→” above are a magnetization vector, a gyromagnetic constant, a damping constant, and an effective magnetic field vector, respectively. . “→” indicates a vector. Hereinafter, “→” indicating a vector is used only in the expression, and is omitted in other places. “X” indicates a cross product.
有効磁界ベクトルHeffは、式(2)のように、異方向エネルギーEani、交換結合エネルギーEexc、ゼーマンエネルギーEappおよび静磁エネルギーEdの合成である。ここで、Msは、飽和磁化である。
異方向エネルギーEani、交換結合エネルギーEexc、ゼーマンエネルギーEappおよび静磁エネルギーEdは、それぞれ式(3)、式(4)、式(5)および式(6)で計算される。
ここで、「→」が上に付されたk、Ku、A、Msおよび「→」が上に付されたHappは、それぞれ磁気異方性ベクトル、磁気異方性定数、交換結合定数、飽和磁化および外部磁界ベクトルである。 Here, k, K u , A, M s with “→” above and H app with “→” above are the magnetic anisotropy vector, magnetic anisotropy constant, exchange coupling, respectively. Constant, saturation magnetization and external magnetic field vector.
「→」が上に付されたHdは、静磁界ベクトルであり、式(7)および式(8)で計算される。なお、φは、静磁ポテンシャルである。
マイクロマグネティックスシミュレーションである磁界シミュレーションを情報処理装置が実施するフローチャートの参考例を、図12を参照して説明する。図12は、磁界シミュレーションのフローチャートの参考例を示す図である。図12に示すように、情報処理装置は、まず、磁界シミュレーションに必要な計算データを生成する(ステップS91)。例えば、情報処理装置は、対象の磁性体からメッシュを生成する。情報処理装置は、メッシュごとの、静磁ポテンシャルの領域Pを生成する。情報処理装置は、メッシュごとの、磁化ベクトルを配置する領域Mを生成する。 A reference example of a flowchart in which the information processing device performs a magnetic field simulation as a micromagnetics simulation will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram showing a reference example of the flowchart of the magnetic field simulation. As shown in FIG. 12, the information processing apparatus first generates calculation data necessary for a magnetic field simulation (step S91). For example, the information processing device generates a mesh from a target magnetic body. The information processing apparatus generates a magnetostatic potential region P for each mesh. The information processing device generates, for each mesh, a region M where a magnetization vector is arranged.
そして、情報処理装置は、磁界シミュレーションに必要な各種パラメータを設定する(ステップS92)。例えば、情報処理装置は、メッシュごとの、静磁ポテンシャルの初期値を設定する。情報処理装置は、メッシュごとの、磁化ベクトルの初期値を設定する。情報処理装置は、最大の時間ステップkmaxを設定する。 Then, the information processing device sets various parameters necessary for the magnetic field simulation (step S92). For example, the information processing device sets an initial value of the magnetostatic potential for each mesh. The information processing device sets an initial value of the magnetization vector for each mesh. The information processing device sets the maximum time step kmax.
そして、情報処理装置は、時間ステップごとに所定の時間kmaxまで、ステップS93とステップS97で挟まれた処理を全てのメッシュの磁化ベクトルm(i)に対して繰り返し実行する。すなわち、情報処理装置は、メッシュiごとに、式(8)を用いて、静磁ポテンシャルφを更新する(ステップS94)。 Then, the information processing apparatus repeatedly executes the processing sandwiched between step S93 and step S97 on the magnetization vectors m (i) of all the meshes until a predetermined time kmax for each time step. That is, the information processing device updates the magnetostatic potential φ using Expression (8) for each mesh i (Step S94).
情報処理装置は、メッシュiごとに、磁界ベクトルを更新する(ステップS95)。例えば、情報処理装置は、式(7)および式(8)を用いて、静磁ポテンシャルφの勾配計算により静磁界ベクトルHdを更新する。また、情報処理装置は、外部磁界ベクトルHapp、磁気異方性ベクトルkおよび交換結合磁界ベクトル(∇m)2を更新する。 The information processing device updates the magnetic field vector for each mesh i (step S95). For example, the information processing apparatus, using Equation (7) and (8), and updates the static magnetic field vector H d gradient calculation of magnetostatic potential phi. Further, the information processing device updates the external magnetic field vector H app , the magnetic anisotropy vector k, and the exchange coupling magnetic field vector (∇m) 2 .
そして、情報処理装置は、メッシュiごとに、磁化ベクトルm(i)を更新する(ステップS96)。例えば、情報処理装置は、式(2)〜式(6)を用いて、式(1)により、磁化ベクトルm(i)を更新する(ステップS96)。 Then, the information processing device updates the magnetization vector m (i) for each mesh i (step S96). For example, the information processing apparatus updates the magnetization vector m (i) by Expression (1) using Expressions (2) to (6) (Step S96).
そして、所定の時間分の繰り返しが完了すると、情報処理装置は、磁化ベクトルのシミュレーション結果を出力する。 When the repetition for a predetermined time is completed, the information processing device outputs a simulation result of the magnetization vector.
ところで、マイクロマグネティックスシミュレーションでは、膨大な計算時間を要し、その大部分を静磁界ベクトルHdの計算(式(7))に用いられる静磁ポテンシャルφの計算(式(8))が占めている。そこで、静磁界ベクトルHdの計算は、静磁ポテンシャルφの計算を実施しないで、式(9)により実施することもできる。なお、N、μ0は、反磁界係数、真空の透磁率を表す。
静磁界ベクトルHdが式(9)により実施されると、シミュレーションの計算が不正確になる場合があるという問題がある。すなわち、静磁界ベクトルHdが式(9)により実施されることで、静磁ポテンシャルφの計算時間を省略し、シミュレーションの計算時間を短縮することができる。しかしながら、静磁界ベクトルHdの計算は、近似のため、場合によっては、シミュレーションの計算が破綻し、不正確なシミュレーション結果となることがある。 When the static magnetic field vector Hd is implemented by Expression (9), there is a problem that the calculation of the simulation may be inaccurate. That is, by the static magnetic field vector H d is performed by equation (9), it is possible to omit the calculation time of the magnetostatic potential phi, to shorten the calculation time of the simulation. However, calculation of the static magnetic field vector H d because of approximation, in some cases, a simulation calculation is broken, it may become inaccurate simulation results.
本発明は、1つの側面では、マイクロマグネティックシミュレーションの計算時間を短縮する場合に、不正確なシミュレーション結果を検出することを目的とする。 In one aspect, an object of the present invention is to detect an incorrect simulation result when shortening the calculation time of a micromagnetic simulation.
本願の開示する磁界シミュレーションプログラムは、1つの態様において、磁性体をメッシュ分割して得られる各要素の磁化ベクトルの状態をシミュレーションする際に、時刻ごとの各要素の静磁界ベクトルデータを、磁化ベクトルデータを用いて近似し、要素ごとに、特定の時刻の前記静磁界ベクトルデータを用いて次の時刻の磁化ベクトルデータを算出し、要素ごとに、特定の時刻と次の時刻との前記磁化ベクトルデータの変化量を算出し、要素ごとに算出された、前記磁化ベクトルデータの変化量に基づいて、前記シミュレーションを中止し、中止の旨を出力する、処理をコンピュータに実行させる。 In one aspect, a magnetic field simulation program disclosed in the present application, when simulating a state of a magnetization vector of each element obtained by dividing a magnetic material into meshes, converts static magnetic field vector data of each element at each time into a magnetization vector. Approximate using data, for each element, calculate the magnetization vector data at the next time using the static magnetic field vector data at a specific time, and calculate the magnetization vector at a specific time and the next time for each element. The computer is caused to execute a process of calculating a change amount of data, stopping the simulation based on the change amount of the magnetization vector data calculated for each element, and outputting a message indicating that the simulation is stopped.
1実施態様によれば、マイクロマグネティックシミュレーションの計算時間を短縮する場合に、不正確なシミュレーション結果を検出することができる。 According to one embodiment, an incorrect simulation result can be detected when the calculation time of the micromagnetic simulation is reduced.
以下に、本願の開示する磁界シミュレーションプログラム、情報処理装置および磁界シミュレーション方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、情報処理装置は、マイクロマグネティックスシミュレーションを行う装置であり、磁化ベクトルを一定の時間ステップ毎に所定の時間分計算して表示する。また、本発明は、実施例により限定されるものではなく、磁界シミュレーションに広く適用可能である。 Hereinafter, embodiments of a magnetic field simulation program, an information processing device, and a magnetic field simulation method disclosed in the present application will be described in detail with reference to the drawings. Note that the information processing device is a device that performs a micromagnetics simulation, and calculates and displays a magnetization vector for a predetermined time at fixed time steps. In addition, the present invention is not limited to the embodiments, and is widely applicable to magnetic field simulation.
[情報処理装置の構成]
図1は、実施例に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。図1に示すように、情報処理装置1は、入力部2と、表示部3と、記憶部4と、制御部5とを有する。
[Configuration of Information Processing Device]
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating the configuration of the information processing apparatus according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the
入力部2は、解析を行うユーザが各種の情報や指示を情報処理装置1に入力するための入力装置である。例えば、入力部2は、キーボード、マウス、タッチパネルに対応する。表示部3は、各種の情報を表示する表示装置である。例えば、表示部3は、ディスプレイ、タッチパネルに対応する。
The
記憶部4は、例えば、RAM、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置である。記憶部4は、メッシュデータ41と、計算条件データ42と、磁化ベクトルデータ43と、磁界ベクトルデータ44とを記憶する。
The storage unit 4 is, for example, a semiconductor memory device such as a RAM or a flash memory, or a storage device such as a hard disk or an optical disk. The storage unit 4 stores mesh
メッシュデータ41は、シミュレーション対象となる磁性体の領域を有限要素法や有限差分法により有限個に分割された複数の要素からなるデータである。要素とは、シミュレーション対象となる領域を分割した最小単位の領域であり、複数の節点によって構成される。
The
計算条件データ42は、磁界シミュレーションの計算条件に関するデータである。計算条件データ42には、例えば、有限要素法や有限差分法で扱うメッシュの個々の要素の数や、時間ステップの値が含まれる。 The calculation condition data 42 is data on calculation conditions of the magnetic field simulation. The calculation condition data 42 includes, for example, the number of individual elements of the mesh handled by the finite element method or the finite difference method, and the value of the time step.
磁化ベクトルデータ43は、磁界シミュ―レーションすなわちマイクロマグネティックシミュレーションの結果を示す磁化ベクトルのデータである。磁化ベクトルデータ43には、時間ステップ毎の各要素の磁化ベクトルの計算値が所定の時間分含まれる。
The
磁界ベクトルデータ44は、磁界シミュ―レーションすなわちマイクロマグネティックシミュレーションの結果を計算する際に用いられる静磁界ベクトルのデータである。磁界ベクトルデータ44には、時間ステップ毎の各要素の静磁界ベクトルなどの磁界ベクトルの計算値が所定の時間分含まれる。
The magnetic
制御部5は、CPU(Central Processing Unit)等の電子回路に対応する。そして、制御部5は、各種の処理手順を規定したプログラムや制御データを格納するための内部メモリを有し、これらによって種々の処理を実行する。例えば、制御部5は、磁界シミュレーション処理を実行する。磁界シミュレーション処理は、記憶部4からメッシュデータ41および計算条件データ42を読み込んで計算を開始する。そして、磁界シミュレーション処理は、時間ごとに各メッシュの磁化ベクトルを算出するときに、算出結果のチェックを行い、計算が破綻する前に、処理を中止し、中止をユーザに通知する。
The
制御部5は、前処理部51と、磁界計算部52と、磁化計算部53と、磁化変化量判定部54と、異常出力部55とを有する。なお、磁界計算部52は、磁界ベクトル計算部の一例である。磁化計算部53は、磁化計算部の一例である。磁化変化量判定部54は、変化量計算部の一例である。異常出力部55は、出力部の一例である。
The
前処理部51は、磁界シミュレーション処理の前に、前処理を行う。例えば、前処理部51は、メッシュデータ41を生成する。また、前処理部51は、メッシュデータ41の各要素に配置する磁化ベクトルを生成し、初期値を設定する。また、前処理部51は、磁界シミュレーション処理に必要な各種パラメータを設定する。
The preprocessing
磁界計算部52は、各要素の磁化ベクトルの状態をシミュレーションする際に、時刻ごとの各要素の磁界ベクトルを計算する。
When simulating the state of the magnetization vector of each element, the magnetic
例えば、磁界計算部52は、式(9)を用いて、静磁界ベクトルHdを計算する。すなわち、磁界計算部52は、静磁ポテンシャルの計算を実施しないで、静磁界ベクトルを近似する。なお、式(9)の中のN、μ0は、反磁界係数、真空の透磁率である。式(9)の中のMsは、飽和磁化である。これにより、磁界計算部52は、式(8)の静磁ポテンシャルφの計算時間を省略し、静磁界ベクトルHdを近似することで、結果的に磁界シミュレーションの計算時間を短縮することが可能となる。
For example, the
加えて、磁界計算部52は、外部磁界ベクトルHappを計算する。磁界計算部52は、外部磁界ベクトルHappを計算する。磁界計算部52は、磁気異方性ベクトルkを計算する。磁界計算部52は、交換結合磁界ベクトル(∇m)2を計算する。
In addition, the magnetic
また、磁界計算部52は、各種磁界ベクトルの計算結果を磁界ベクトルデータ44として記憶部4に格納する。
Further, the magnetic
磁化計算部53は、要素ごとに、特定の時刻の磁界ベクトルを用いて次の時刻の磁化ベクトルを計算する。例えば、磁化計算部53は、磁界計算部52によって計算された各種ベクトルを式(3)〜式(6)に代入して、各種エネルギーを計算する。そして、磁化計算部53は、式(2)により有効磁界ベクトルHeffを算出する。そして、磁化計算部53は、有効磁界ベクトルHeffを式(1)に代入して、次の時刻の磁化ベクトルを計算する。
The
また、磁化計算部53は、計算結果を磁化ベクトルデータ43として記憶部4に格納する。
Further, the
磁化変化量判定部54は、磁化ベクトルの変化量を判定する。例えば、磁化変化量判定部54は、要素ごとに、特定の時刻と次の時刻との磁化ベクトルの変化量を算出する。なお、磁化ベクトルの変化量は、以降、「磁化の変化量」や「磁化変化量」と同義である。磁化変化量判定部54は、要素ごとの各磁化の変化量の最大値を取得する。磁化変化量判定部54は、取得した変化量の最大値が変化量の閾値より大きいか否かを判定する。
The magnetization change
なお、変化量の閾値は、磁化シミュレーションの計算実行時に、作業者によって定義される。特定の時刻と次の時刻との時間刻みが大きいと、時間積分の回数が減るため、計算時間は短縮されるが、1時間ステップ当たりの磁化変化量は大きくなる。磁化シミュレーションでは、磁化の歳差運動(式(1)の右辺第1項)を取り扱う必要があり、磁化の変化量が大きい場合には解析の精度が著しく下がってしまう。そこで、作業者は、計算時間と計算精度のバランスを考え、磁化変化量の閾値および時間刻みを定義する必要がある。 The threshold value of the change amount is defined by the operator when the calculation of the magnetization simulation is executed. If the time interval between the specific time and the next time is large, the number of time integrations is reduced, so that the calculation time is shortened, but the amount of magnetization change per hour step is increased. In the magnetization simulation, it is necessary to handle the precession of magnetization (the first term on the right side of Expression (1)), and when the amount of change in magnetization is large, the accuracy of analysis is significantly reduced. Therefore, it is necessary for an operator to define the threshold value and the time interval of the magnetization change amount in consideration of the balance between the calculation time and the calculation accuracy.
ここで、特定の時刻と次の時刻との磁化ベクトルの変化量の算出方法について、説明する。特定の時刻kの要素iの磁化ベクトルをmi kとする。次の時刻k+1の要素iの磁化ベクトルをmi k+1とする。かかる場合に、磁化変化量判定部54は、磁化ベクトルの変化量dmi kを、式(10)により算出する。
そして、磁化変化量判定部54は、算出された要素ごとの各磁化の変化量dmi kの最大値dmを取得する。磁化変化量判定部54は、取得した変化量のdmが変化量の閾値dm_maxより大きいか否かを判定する。
Then, the magnetization change
異常出力部55は、異常を出力する。例えば、異常出力部55は、磁化変化量判定部54によって変化量の最大値が変化量の閾値より大きい場合には、磁界シミュレーションを中止し、中止の旨を通知する。これにより、異常出力部55は、磁界シミュレーションの計算時間を短縮する場合に、不正確な磁界シミュレーション結果を検出することができる。この結果、ユーザは、不正確な磁界シミュレーション結果を受け取ることを回避できる。
The
[データの一例]
ここで、データの一例を、図2を参照して説明する。図2は、データの一例を示す図である。
[Example of data]
Here, an example of the data will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of data.
図2左図は、メッシュデータ41の一例である。図2左図に示すように、メッシュデータ41には、磁性体をメッシュ分割して得られる各要素の位置が設定されている。なお、メッシュデータ41は、前処理部51によって生成される。
2 is an example of the
図2中図は、磁化ベクトルデータ43の一例である。図2中図に示すように、磁化ベクトルデータ43には、時間ステップ毎の各要素の磁化ベクトルが設定されている。なお、磁化ベクトルデータ43は、磁化計算部53によって更新される。
FIG. 2 shows an example of the
図2右図は、磁界ベクトルデータ44の一例である。図2中図に示すように、磁界ベクトルデータ44には、時間ステップ毎の各要素の磁界ベクトルが設定されている。なお、磁界ベクトルデータ44は、磁界計算部52によって更新される。
2 is an example of the magnetic
[磁化変化量の特徴の一例]
次に、磁化変化量の特徴の一例を、図3Aおよび図3Bを参照して説明する。図3Aおよび図3Bは、磁化変化量の特徴の一例を示す図である。なお、図3Aおよび図3Bで示される磁化ベクトルは、磁化シミュレーションでは、規格化して取り扱われるため、大きさを1とする。
[Example of characteristics of magnetization change amount]
Next, an example of the characteristics of the magnetization change amount will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. 3A and 3B are diagrams illustrating an example of the characteristics of the amount of change in magnetization. The magnitude of the magnetization vector shown in FIGS. 3A and 3B is set to 1 because it is standardized and handled in the magnetization simulation.
図3Aに示すように、要素iについて、時刻kから時刻k+1に磁化ベクトルが更新されている。かかる場合には、磁化ベクトルが反転し、磁化変化量が「2」を示す。すなわち、磁化変化量が極端に大きくなってしまった場合である。かかる場合には、この要素iから磁化の振動が伝搬してしまうため、磁界シミュレーション処理は、不正確な結果となる。そこで、磁化シミュレーションの計算を中止する必要がある。つまり、異常出力部55は、磁化変化量判定部54によって各磁性要素の変化量の最大値が閾値より大きければ、磁化ベクトルデータの計算を中止し、中止の旨を通知する。
As shown in FIG. 3A, for element i, the magnetization vector is updated from time k to
図3Bに示すように、要素iについて、時刻kから時刻k+1に磁化ベクトルが更新されている。かかる場合には、磁化ベクトルが90度回転し、磁化変化量が「1」を示す。すなわち、磁化変化量が極端に大きくない場合である。かかる場合には、この要素iから磁化の振動が伝搬しないため、磁界シミュレーション処理は、正確な結果となる。
As shown in FIG. 3B, for element i, the magnetization vector is updated from time k to
[磁界シミュレーションのフローチャート]
図4は、実施例1に係る磁界シミュレーションのフローチャートの一例を示す図である。
[Flow chart of magnetic field simulation]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a flowchart of the magnetic field simulation according to the first embodiment.
図4に示すように、前処理部51は、計算データを生成する(ステップS11)。例えば、前処理部51は、磁界シミュレーションで用いられるメッシュデータ41を生成する。前処理部51は、磁界シミュレーションで用いられる磁化ベクトルデータ43を生成する。
As shown in FIG. 4, the preprocessing
そして、前処理部51は、各種パラメータを設定する(ステップS12)。例えば、前処理部51は、磁化ベクトルデータ43の初期値を設定する。前処理部51は、最大のステップ数であるkmaxを設定する。前処理部51は、変化量の閾値であるdm_maxを設定する。
Then, the preprocessing
そして、情報処理装置1は、時間ステップk毎に最大のステップ数kmaxまで、ステップS13とS17で挟まれた処理を繰り返し実行する。すなわち、磁界計算部52は、要素ごとに、静磁界ベクトルを含む磁界ベクトルを更新する(ステップS14)。そして、磁化計算部53は、要素ごとに、磁化ベクトルを更新する(ステップS15)。そして、磁化変化量判定部54は、要素ごとに、時間ステップkと前回の時間ステップk−1との磁化ベクトルの変化量(磁化変化量)を算出する。そして、磁化変化量判定部54は、要素ごとの磁化変化量から、この時間ステップkに対する磁化変化量dmを算出する。かかる磁化変化量算出処理のフローチャートは、後述する。
Then, the
そして、磁化変化量判定部54は、磁化変化量dmが変化量の閾値dm_maxより大きいか否かを判定する(ステップS16)。磁化変化量dmが変化量の閾値dm_max以下であると判定した場合(ステップS16;No)、情報処理装置1は、時間ステップkを1加算すべく、ステップS13に移行する。情報処理装置1は、時間ステップkが最大のステップ数kmaxに達すると、磁界シミュレーションを終了する。
Then, the magnetization change
一方、磁化変化量dmが変化量の閾値dm_maxより大きいと判定した場合(ステップS16;Yes)、異常出力部55は、磁界シミュレーションを中止し、中止の旨を通知する(ステップS18)。
On the other hand, when it is determined that the magnetization change amount dm is larger than the change amount threshold dm_max (step S16; Yes), the
[磁化変化量算出処理のフローチャート]
図5は、実施例1に係る磁化変化量算出処理のフローチャートの一例を示す図である。なお、図5のフローチャートは、時刻kにおける要素iに対するループを行い、時刻kにおける磁化変化量dmを算出する。
[Flowchart of magnetization change amount calculation processing]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a flowchart of a magnetization change amount calculation process according to the first embodiment. In the flowchart of FIG. 5, the loop for the element i at the time k is performed to calculate the magnetization change amount dm at the time k.
図5に示すように、磁化変化量算出処理は、磁化変化量dmを初期化する(ステップS21)。磁化変化量算出処理は、ステップS22とステップS30で挟まれる処理を要素iに対する処理として、iを変えながら全ての要素に対して行う。 As shown in FIG. 5, the magnetization change amount calculation processing initializes the magnetization change amount dm (step S21). The magnetization change amount calculation processing is performed on all elements while changing i, with the processing sandwiched between step S22 and step S30 as processing for element i.
各要素iに対して、磁界計算部52は、静磁界ベクトルHdを更新する(ステップS23)。例えば、磁界計算部52は、式(9)より、静磁界ベクトルHdを更新する。そして、磁化計算部53は、式(6)により、静磁界ベクトルHdを用いて静磁エネルギーEdを算出する。そして、磁化計算部53は、静磁エネルギーEdを用いて、式(2)の第4項を算出する。
For each element i, the
各要素iに対して、磁界計算部52は、外部磁界ベクトルHappを更新する(ステップS24)。例えば、磁界計算部52は、外部磁界ベクトルHappを更新する。そして、磁化計算部53は、式(5)により、外部磁界ベクトルHappを用いて外部磁界エネルギーEappを算出する。そして、磁化計算部53は、外部磁界エネルギーHappを用いて、式(2)の第3項を算出する。
The magnetic
各要素iに対して、磁界計算部52は、異方性磁界ベクトルkを更新する(ステップS25)。例えば、磁界計算部52は、磁気異方性ベクトルkを更新する。そして、磁化計算部53は、式(3)により、磁気異方性ベクトルkを用いて異方性エネルギーEaniを算出する。そして、磁化計算部53は、異方性エネルギーEaniを用いて、式(2)の第1項を算出する。
The magnetic
各要素iに対して、磁界計算部52は、交換結合磁界ベクトル(∇m)2を更新する(ステップS26)。なお、mは、磁化ベクトルである。例えば、磁界計算部52は、交換結合磁界ベクトル(∇m)2を更新する。そして、磁化計算部53は、式(4)により、交換結合磁界ベクトル(∇m)2を用いて交換結合エネルギーEexcを算出する。そして、磁化計算部53は、交換結合エネルギーEexcを用いて、式(2)の第2項を算出する。
For each element i, the magnetic
各要素iに対して、磁化計算部53は、磁化ベクトルmiを更新する(ステップS27)。例えば、磁化計算部53は、式(2)により有効磁界ベクトルHeffを算出する。そして、磁化計算部53は、計算した有効磁界ベクトルHeffを用いて式(1)を算出し、磁化ベクトルmiを更新する。
For each element i, the
各要素iに対して、磁化変化量判定部54は、磁化変化量dmiを計算する(ステップS28)。例えば、磁化変化量判定部54は、時間ステップkと前回の時間ステップk−1との磁化ベクトルmiの変化量(磁化変化量)dmiを算出する。
For each element i, the magnetization change
そして、磁化変化量判定部54は、磁化変化量dmを更新する(ステップS29)。例えば、磁化変化量判定部54は、各要素iに対する磁化変化量dmiのうち、最大の磁化変化量dmiを磁化変化量dmとして更新する。すなわち、磁化変化量判定部54は、時刻kにおける磁化変化量dmを更新する。
Then, the magnetization change
そして、磁化変化量判定部54は、全ての要素iに対して磁化変化量dmiを計算し、磁化変化量dmを計算すると処理を終了する。
Then, the magnetization change
[磁性体モデルの一例]
図6は、実施例1を適用する磁性体モデルの一例を示す図である。図6左図には、磁性体モデルとして単層磁性薄膜モデルが表わされている。単層磁性薄膜モデルは、磁性体である薄膜が単層である場合のモデルである。図6右図には、磁性体モデルとして多層磁性薄膜モデルが表わされている。多層磁性薄膜モデルは、磁性体である薄膜が多層である場合のモデルである。
[Example of magnetic material model]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a magnetic body model to which the first embodiment is applied. 6 shows a single-layer magnetic thin film model as a magnetic material model. The single-layer magnetic thin film model is a model in which the magnetic thin film is a single layer. The right side of FIG. 6 shows a multilayer magnetic thin film model as a magnetic body model. The multilayer magnetic thin film model is a model when the magnetic thin film is a multilayer.
[結果データの一例]
このような磁性体モデルを用いて、実施例1に係る磁界シミュレーションを実行した結果について説明する。図7は、実施例1に係る結果データの一例を示す図である。
[Example of result data]
A result of executing a magnetic field simulation according to the first embodiment using such a magnetic material model will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the result data according to the first embodiment.
実施例1に係る磁界シミュレーションでは、磁化変化量の閾値dm_maxが0.1に設定された。かかる場合には、情報処理装置1は、閾値dm_maxを用いた磁化変化量の判定に失敗することなく、磁界シミュレーションの計算を正常に実行する。
In the magnetic field simulation according to the first embodiment, the threshold value dm_max of the magnetization change amount was set to 0.1. In such a case, the
図7では、実施例1に係る磁界シミュレーションを実行した場合と、従来の磁界シミュレーションを実行した場合との、総計算時間が示されている。従来の磁界シミュレーションとは、図12で示した磁界シミュレーションのことをいう。すなわち、従来手法では、静磁界ベクトルHdの計算に、静磁ポテンシャルφの計算を実施した場合の磁界シミュレーション手法である。なお、図7では、実施例1に係る磁界シミュレーションを新手法といい、従来の磁界シミュレーションを従来手法というものとする。 FIG. 7 shows the total calculation time when the magnetic field simulation according to the first embodiment is executed and when the conventional magnetic field simulation is executed. The conventional magnetic field simulation refers to the magnetic field simulation shown in FIG. That is, in the conventional technique, the calculation of the static magnetic field vector H d, is the magnetic field simulation technique in the case of carrying out the calculation of the magnetostatic potential phi. In FIG. 7, the magnetic field simulation according to the first embodiment is referred to as a new method, and the conventional magnetic field simulation is referred to as a conventional method.
図12によると、磁性体モデルが単層磁性薄膜である場合には、新手法の総計算時間は、152秒であり、従来手法の総計算時間は、8042秒である。したがって、新手法は、従来手法より、総計算時間を約1/50に短縮できた。また、磁性体モデルが複層磁性薄膜である場合には、新手法の総計算時間は、165秒であり、従来手法の総計算時間は、4633秒である。したがって、新手法は、従来手法より、総計算時間を約1/30に短縮できた。 According to FIG. 12, when the magnetic material model is a single-layer magnetic thin film, the total calculation time of the new method is 152 seconds, and the total calculation time of the conventional method is 8042 seconds. Therefore, the new method was able to reduce the total calculation time to about 1/50 compared to the conventional method. When the magnetic material model is a multilayer magnetic thin film, the total calculation time of the new method is 165 seconds, and the total calculation time of the conventional method is 4633 seconds. Therefore, the new method was able to reduce the total calculation time to about 1/30 compared to the conventional method.
[実施例1の効果]
このようにして、実施例1では、情報処理装置1は、磁性体をメッシュ分割して得られる各要素の磁化ベクトルの状態をシミュレーションする際に、時刻ごとの各要素の静磁界ベクトルデータを、磁化ベクトルデータを用いて近似する。情報処理装置1は、要素ごとに、特定の時刻の静磁界ベクトルデータを用いて次の時刻の磁化ベクトルデータを算出する。情報処理装置1は、要素ごとに、特定の時刻と次の時刻との磁化ベクトルデータの変化量を算出する。情報処理装置1は、要素ごとに算出された、それぞれの磁化ベクトルデータの変化量に基づいて、シミュレーションを中止し、中止の旨を出力する。かかる構成によれば、情報処理装置1は、磁界シミュレーションの計算時間を短縮する場合に、不正確なシミュレーション結果を検出することができる。
[Effect of Embodiment 1]
In this way, in the first embodiment, the
また、情報処理装置1は、要素ごとに算出された、それぞれの磁化ベクトルデータの変化量の最大値が所定量を超える場合に、シミュレーションを中止し、中止の旨を出力する。かかる構成によれば、ユーザは、不正確な磁界シミュレーション結果を受け取ることを回避できる。
In addition, when the maximum value of the change amount of each piece of magnetization vector data calculated for each element exceeds a predetermined amount, the
ところで、実施例1では、磁化変化量判定部54は、要素ごとの各磁化の変化量の最大値が変化量の閾値より大きい場合に、磁界シミュレーションを中止し、中止の旨を通知すると説明した。しかしながら、磁化変化量判定部54は、これに限定されず、要素ごとの各磁化の変化量の平均値が変化量の閾値より大きい場合に、磁界シミュレーションを中止し、中止の旨を通知しても良い。特に、式(1)の計算に陽解法を用いる場合には、時間刻み間隔が所定の条件を満たさないと、数値が不安定となる。そして、磁界シミュレーションの計算が発散し、磁化変化量の平均値が大きくなる場合がある。かかる場合には、実施例2の磁化変化量の平均値による判定が有効である。
By the way, in the first embodiment, it has been described that the magnetization change
そこで、実施例2に係る磁化変化量判定部54は、要素ごとの各磁化の変化量の平均値が変化量の閾値より大きい場合に、磁界シミュレーションを中止し、中止の旨を通知する場合を説明する。
Therefore, the magnetization change
[実施例2に係る情報処理装置の構成]
実施例2に係る情報処理装置1は、実施例1の図1に示す情報処理装置1と同一であるので、その重複する構成および動作の説明については省略する。
[Configuration of the information processing apparatus according to the second embodiment]
The
[磁界シミュレーションのフローチャート]
図8は、実施例2に係る磁界シミュレーションのフローチャートの一例を示す図である。
[Flow chart of magnetic field simulation]
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a flowchart of a magnetic field simulation according to the second embodiment.
図8に示すように、前処理部51は、計算データを生成する(ステップS41)。例えば、前処理部51は、磁界シミュレーションで用いられるメッシュデータ41を生成する。前処理部51は、磁界シミュレーションで用いられる磁化ベクトルデータ43を生成する。
As shown in FIG. 8, the preprocessing
そして、前処理部51は、各種パラメータを設定する(ステップS42)。例えば、前処理部51は、磁化ベクトルデータ43の初期値を設定する。前処理部51は、最大のステップ数であるkmaxを設定する。前処理部51は、変化量の閾値であるdm_maxを設定する。
Then, the preprocessing
そして、情報処理装置1は、時間ステップk毎に最大のステップ数kmaxまで、ステップS43とS47で挟まれた処理を繰り返し実行する。すなわち、磁界計算部52は、要素ごとに、静磁界ベクトルを含む磁界ベクトルを更新する(ステップS44)。そして、磁化計算部53は、要素ごとに、磁化ベクトルを更新する(ステップS45)。そして、磁化変化量判定部54は、要素ごとに、時間ステップkと前回の時間ステップk−1との磁化ベクトルの変化量(磁化変化量)を算出する。そして、磁化変化量判定部54は、要素ごとの磁化変化量から、この時間ステップkに対する磁化変化量の合計dm_totalを算出する。かかる磁化変化量算出処理のフローチャートは、後述する。
Then, the
そして、磁化変化量判定部54は、磁化変化量の平均値(dm_total/imax)が変化量の閾値dm_maxより大きいか否かを判定する(ステップS46)。なお、dm_totalは、各要素に対する磁化変化量の合計であり、imaxは、要素の最大数である。磁化変化量の平均値が変化量の閾値dm_maxより大きいか否かを判定する(ステップS46)。磁化変化量の平均値が変化量の閾値dm_max以下であると判定した場合(ステップS46;No)、情報処理装置1は、時間ステップkを1加算すべく、ステップS43に移行する。情報処理装置1は、時間ステップkが最大のステップ数kmaxに達すると、磁界シミュレーションを終了する。
Then, the magnetization change
一方、磁化変化量の平均値が変化量の閾値dm_maxより大きいと判定した場合(ステップS46;Yes)、異常出力部55は、磁界シミュレーションを中止し、中止の旨を通知する(ステップS48)。
On the other hand, when it is determined that the average value of the magnetization change amount is larger than the change amount threshold value dm_max (Step S46; Yes), the
[磁化変化量算出処理のフローチャート]
図9は、実施例2に係る磁化変化量算出処理のフローチャートの一例を示す図である。なお、図9のフローチャートは、時刻kにおける要素iに対するループを行い、時刻kにおける磁化変化量の合計dm_totalを算出する。
[Flowchart of magnetization change amount calculation processing]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a flowchart of a magnetization change amount calculation process according to the second embodiment. Note that the flowchart of FIG. 9 performs a loop for the element i at the time k, and calculates the total dm_total of the magnetization change amounts at the time k.
図9に示すように、磁化変化量算出処理は、磁化変化量の合計dm_totalを初期化する(ステップS51)。磁化変化量算出処理は、ステップS52とステップS60で挟まれる処理を要素iに対する処理として、iを変えながら全ての要素に対して行う。 As shown in FIG. 9, the magnetization change amount calculation processing initializes the total dm_total of the magnetization change amounts (step S51). The magnetization change amount calculation processing is performed on all the elements while changing i, with the processing sandwiched between steps S52 and S60 as the processing on the element i.
各要素iに対して、磁界計算部52は、静磁界ベクトルHdを更新する(ステップS53)。例えば、磁界計算部52は、式(9)より、静磁界ベクトルHdを更新する。そして、磁化計算部53は、式(6)により、静磁界ベクトルHdを用いて静磁エネルギーEdを算出する。そして、磁化計算部53は、静磁エネルギーEdを用いて、式(2)の第4項を算出する。
For each element i, the
各要素iに対して、磁界計算部52は、外部磁界ベクトルHappを更新する(ステップS54)。例えば、磁界計算部52は、外部磁界ベクトルHappを更新する。そして、磁化計算部53は、式(5)により、外部磁界ベクトルHappを用いて外部磁界エネルギーEappを算出する。そして、磁化計算部53は、外部磁界エネルギーHappを用いて、式(2)の第3項を算出する。
The magnetic
各要素iに対して、磁界計算部52は、異方性磁界ベクトルkを更新する(ステップS55)。例えば、磁界計算部52は、磁気異方性ベクトルkを更新する。そして、磁化計算部53は、式(3)により、磁気異方性ベクトルkを用いて異方性エネルギーEaniを算出する。そして、磁化計算部53は、異方性エネルギーEaniを用いて、式(2)の第1項を算出する。
For each element i, the magnetic
各要素iに対して、磁界計算部52は、交換結合磁界ベクトル(∇m)2を更新する(ステップS56)。なお、mは、磁化ベクトルである。例えば、磁界計算部52は、交換結合磁界ベクトル(∇m)2を更新する。そして、磁化計算部53は、式(4)により、交換結合磁界ベクトル(∇m)2を用いて交換結合エネルギーEexcを算出する。そして、磁化計算部53は、交換結合エネルギーEexcを用いて、式(2)の第2項を算出する。
For each element i, the magnetic
各要素iに対して、磁化計算部53は、磁化ベクトルmiを更新する(ステップS57)。例えば、磁化計算部53は、式(2)により有効磁界ベクトルHeffを算出する。そして、磁化計算部53は、計算した有効磁界ベクトルHeffを用いて式(1)を算出し、磁化ベクトルmiを更新する。
For each element i, the
各要素iに対して、磁化変化量判定部54は、磁化変化量dmiを計算する(ステップS58)。例えば、磁化変化量判定部54は、時間ステップkと前回の時間ステップk−1との磁化ベクトルmiの変化量(磁化変化量)dmiを算出する。
For each element i, the magnetization change
そして、磁化変化量判定部54は、磁化変化量の合計dm_totalを更新する(ステップS59)。例えば、磁化変化量判定部54は、各要素iに対する磁化変化量dmiをdm_totalに加算する。すなわち、磁化変化量判定部54は、時刻kにおける磁化変化量の合計dm_totalを更新する。
Then, the magnetization change
そして、磁化変化量判定部54は、全ての要素iに対する磁化変化量の合計dm_toalを計算すると処理を終了する。
Then, the magnetization change
[実施例2の効果]
このようにして、実施例2では、情報処理装置1は、要素ごとに算出された、それぞれの磁化ベクトルデータの変化量の平均値が所定量を超える場合に、シミュレーションを中止し、中止の旨を出力する。かかる構成によれば、ユーザは、不正確な磁界シミュレーション結果を受け取ることを回避できる。
[Effect of Embodiment 2]
As described above, in the second embodiment, the
なお、情報処理装置1は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置に、上記した制御部5および記憶部4等の各機能を搭載することによって実現することができる。
The
また、上記実施例1,2では、図示した装置の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、装置の分散・統合の具体的態様は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、磁界計算部52と、磁化計算部53とを統合しても良い。前処理部51を、メッシュデータや磁化ベクトルデータ等の計算データを生成する第1の前処理部と、磁化ベクトルの初期値や最大ステップ数等の各種パラメータを設定する第2の前処理部とに分散しても良い。記憶部4を情報処理装置1の外部装置としてネットワーク経由で接続するようにしても良い。
In the first and second embodiments, each component of the illustrated apparatus does not necessarily need to be physically configured as illustrated. That is, the specific mode of the distribution / integration of the apparatus is not limited to the illustrated one, and all or a part of the apparatus is functionally or physically distributed / integrated in an arbitrary unit according to various loads and usage conditions. Can be configured. For example, the magnetic
また、上記実施例で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。そこで、以下では、図1に示した情報処理装置1と同様の機能を実現する磁界シミュレータプログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図10は、磁界シミュレータプログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。
Further, the various processes described in the above embodiments can be realized by executing a prepared program on a computer such as a personal computer or a workstation. Therefore, an example of a computer that executes a magnetic field simulator program that realizes the same functions as the
図10に示すように、コンピュータ200は、各種演算処理を実行するCPU203と、ユーザからのデータの入力を受け付ける入力装置215と、表示装置209を制御する表示制御部207とを有する。また、コンピュータ200は、記憶媒体からプログラム等を読取るドライブ装置213と、ネットワークを介して他のコンピュータとの間でデータの授受を行う通信制御部217とを有する。また、コンピュータ200は、各種情報を一時記憶するメモリ201と、HDD(Hard Disk Drive)205を有する。そして、メモリ201、CPU203、HDD205、表示制御部207、ドライブ装置213、入力装置215、通信制御部217は、バス219で接続されている。
As illustrated in FIG. 10, the
ドライブ装置213は、例えばリムーバブルディスク211用の装置である。HDD205は、磁界シミュレータプログラム205aおよび磁界シミュレータ関連情報205bを記憶する。
The
CPU203は、磁界シミュレータプログラム205aを読み出して、メモリ201に展開し、プロセスとして実行する。磁界シミュレータ関連情報205bは、メッシュデータ41、計算条件データ42、磁化ベクトルデータ43および磁界ベクトルデータ44に対応する。そして、例えばリムーバブルディスク211が、磁界シミュレータプログラム205a等の各情報を記憶する。
The
なお、磁界シミュレータプログラム205aについては、必ずしも最初からHDD205に記憶させておかなくても良い。例えば、コンピュータ200に挿入されるフレキシブルディスク(FD)、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)、光磁気ディスク、IC(Integrated Circuit)カード等の「可搬用の物理媒体」に当該プログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ200がこれらから磁化解析プログラム205aを読み出して実行するようにしても良い。
Note that the magnetic
1 情報処理装置
2 入力部
3 表示部
4 記憶部
41 メッシュデータ
42 計算条件データ
43 磁化ベクトルデータ
44 磁界ベクトルデータ
5 制御部
51 前処理部
52 磁界計算部
53 磁化計算部
54 磁化変化量判定部
55 異常出力部
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
要素ごとに、特定の時刻の前記静磁界ベクトルデータを用いて次の時刻の磁化ベクトルデータを算出し、
要素ごとに、特定の時刻と次の時刻との前記磁化ベクトルデータの変化量を算出し、
要素ごとに算出された、それぞれの前記磁化ベクトルデータの変化量に基づいて、前記シミュレーションを中止し、中止の旨を出力する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする磁界シミュレーションプログラム。 When simulating the state of the magnetization vector of each element obtained by dividing the magnetic material into meshes, at each time, the static magnetic field vector data of each element is approximated using the magnetization vector data,
For each element, calculate the magnetization vector data at the next time using the static magnetic field vector data at a specific time,
For each element, calculate the amount of change in the magnetization vector data between a specific time and the next time,
A magnetic field simulation program for causing a computer to execute a process of stopping the simulation based on a change amount of each of the magnetization vector data calculated for each element and outputting a message indicating that the simulation is stopped.
ことを特徴とする請求項1に記載の磁界シミュレーションプログラム。 In the output process, when the maximum value of the change amount of each of the magnetization vector data calculated for each element exceeds a predetermined amount, the simulation is stopped and a message to the effect is output. A magnetic field simulation program according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の磁界シミュレーションプログラム。 In the output process, when the average value of the change amount of each of the magnetization vector data calculated for each element exceeds a predetermined amount, the simulation is stopped and a message to the effect is output. A magnetic field simulation program according to claim 1.
要素ごとに、特定の時刻の前記静磁界ベクトルデータを用いて次の時刻の磁化ベクトルデータを算出する磁化計算部と、
要素ごとに、特定の時刻と次の時刻との前記磁化ベクトルデータの変化量を算出し変化量計算部と、
要素ごとに算出された、それぞれの前記磁化ベクトルデータの変化量に基づいて、前記シミュレーションを中止し、中止の旨を出力する出力部と、
を有することを特徴とする情報処理装置。 When simulating the state of the magnetization vector of each element obtained by dividing the magnetic material into meshes, a magnetic field vector calculation unit that approximates the static magnetic field vector data of each element using the magnetization vector data at each time,
For each element, a magnetization calculation unit that calculates magnetization vector data at the next time using the static magnetic field vector data at a specific time,
For each element, calculate a change amount of the magnetization vector data between a specific time and the next time, and calculate a change amount;
An output unit that stops the simulation based on the amount of change in each of the magnetization vector data calculated for each element and outputs a message indicating that the simulation is stopped;
An information processing apparatus comprising:
要素ごとに、特定の時刻の前記静磁界ベクトルデータを用いて次の時刻の磁化ベクトルデータを算出し、
要素ごとに、特定の時刻と次の時刻との前記磁化ベクトルデータの変化量を算出し、
要素ごとに算出された、それぞれの前記磁化ベクトルデータの変化量に基づいて、前記シミュレーションを中止し、中止の旨を出力する
処理をコンピュータが実行することを特徴とする磁界シミュレーション方法。 When simulating the state of the magnetization vector of each element obtained by dividing the magnetic material into meshes, at each time, the static magnetic field vector data of each element is approximated using the magnetization vector data,
For each element, calculate the magnetization vector data at the next time using the static magnetic field vector data at a specific time,
For each element, calculate the amount of change in the magnetization vector data between a specific time and the next time,
A magnetic field simulation method, comprising: performing a process of stopping the simulation based on the amount of change in each of the magnetization vector data calculated for each element and outputting a message indicating that the simulation has been stopped.
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