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     MATFOR를 이용하여 자화(Magnetization) 현상을 가시화

고급 자기 물질의 개발이 지속적으로 크게 진전됨에 따라 해당 분야에 대한 연구자들의 연구가 더욱 박차를 가하고 있습니다. 마그네틱 센서, 리코딩(Recoding) 헤드 및 자석 발전기(Magneto)-기계 장치 등을 포함하는 활용에 있어 공간적으로 별개의 강자성 요소들을 포함합니다. 이러한 활용들에 있어서의 크기가 매일 매일 더 작아지고 있기 때문에, 연구자들은 계속해서 나노 미터 환경에서 자기 성분들(Magnetic Components)을 들여다 보고 있고, 이는 마이크로 단위의 자기 시뮬레이션의 필요성을 요구하게 됩니다.

 

마이크로 단위의 자기 시뮬레이션(Micro-magnetic Simulations)

미소자기학(Micro-Magnetics)은 강자성(Ferromagnetic) 물질에서의 자화(Magnetization) 과정을 다루는 학문입니다. 연구자들은 자기적 거동(Magnetic behavior)을 배우고 자기 속성을 예측하기 위하여 마이크로-자기 시뮬레이션을 활용합니다. 최근까지 기존의 대부분의 그래픽 툴들은 단지 정적인 그래프(Static graphs) 표현 기능만 제공했습니다. 즉, 보다 완벽한 그래픽 툴없이는 자화의 움직임을 표현하기가 쉽지 않습니다.

Magnetic Vector Distribution
Magnetic Charge Distribution

그림1. 기존 그래픽 툴을 이용하여 자기 벡터 분포와 전하 분포를 표현

 

미소 자기학(Micro-Magnetics)에서 MATFOR 활용하기

Dr. Lee, Ching-Ming(Chungchou Institute of Technology, Taiwan)은 미소 자기학 분야에서 수년간 연구를 해왔습니다. 그는 한때 양질의 시뮬레이션을 할 수 없어서 실망한 적이 있습니다. 기존 그래픽 툴들의 제한된 기능은 그의 시뮬레이션 결과을 단지 정적인 그래프만 만들 수 있도록 했습니다. 자기적 거동을 가시화하기 위하여, 시뮬레션을 위한 천여장의 스크린 샷을 대충 살펴보는 것이 유일한 방법이었습니다. 마이크로-자기 시뮬레이션을 동적으로 가시화 하기위해 숙고하던 중에 MATFOR를 접하게 되었습니다. MATFOR을 접하게 되면서 Dr. Lee는 시뮬레이션에 대한 동적인 해석을 할 수 있겠다는 확신을 갖게 되었습니다.        

설명보다는 보여주는 것이 보다 설득력있다

유한 요소법에 기초하여, Dr. Lee는 Landau-Lifshitz-Cilbert 방정식을 이용하여 자장(Magnetic Field)을 계산하였습니다. 그는 계산으로부터 얻은 수치 데이터를 모아 그래픽 라이브러리들을 내장하고 있는 MATFOR를 이용하여 그래프로 나타냈습니다. 자화 과정을 애니메이션화하여 볼 수 있었을 뿐만 아니라 단지 몇 줄의 프로그램 코드를 추가함으로써 시뮬레이션을 동영상 파일로 저장할 수 있었습니다. 게다가, 독립적으로 실행 가능한 동영상 파일을 제작할 수 있는 기능에 놀라기도 했습니다. 그는 MATFOR를 이용함으로써 동료들간에 의사소통이 훨씬 개선되었음을  강하게 느겼다고 합니다. 뿐만 아니라 자기적 거동(Magnetic Behavior)에 대한 내용을 단순히 말로써 설명만 하던 수업을 동영상으로 보여줌으로써 학생들에게 이해도를 높이는 동시 수업을 훨씬 편하게 할 수 있게 되었습니다.

시뮬레이션 결과를 가시화

미소 자기학에 대한 시뮬레이션은 자기 물질의 구조와 영역 벽(Domain wall)를 포함하여 자기적 거동에 대한 연구에 도움이 됩니다. 그림2의 외쪽 그림에서 시뮬레이션은 자화의 방향을 나타내는 화살표를 이용하여 영역 플롯(Domain Plot)을 설명하고 있습니다. MATFOR를 이용하여, 자기 벡터의 떨림과 각 격자(Lattice) 노드의 움직임을 방향이 변화됨에 따라 표현할 수 있습니다. 오른쪽 그림에서 시뮬레이션은 앏은 자기 박막(Film)에서 Domain wall의 표면 플롯(Plot)을 나타내고 있습니다. MATFOR 라이브러리들을 이용하여 생성된 애니메이션을 통하여 나노-엘리먼트(Nano-Element)에서 Vortice 구성을 가시화할 수 있습니다. 그림3은 메쉬 플롯(Mesh Plot)을 이용하여 자기 물질을 디스플레이한 모습을 보여주고 있습니다.


그림2.  자기 벡터의 분포를 그리기 위해 MATFOR의 msQuiver 기능을 그리고 msTetSurf 기능을 이용하여 Magnetic Charge의 분포를표현함.
그림 3.  MATFOR의 Mesh Plot을 이용하여 자기 속성을 나타냄.

 

MATFOR를 이용하여 동적인 프리젠테이션 만들기

MATFOR를 이용하여 동적인 프리젠테이션을 만들 수 있습니다. 단순히 "msRecordStart('movie.avi')"를 불러옴으로써, 시뮬려이션 결과를 AVI 파일로 녹화할 수 있습니다. 완성된 비디오 클립은 AVI 파일을 지원하는 어떤 media player에서든 볼 수 있습니다.

그림4. MATFOR를 이용하여 시뮬레이션을 영화 파일로 작성해 보세요 그리고 그것을 아무 Media Player에서든 실행해 보세요.

MATOFR를 이용하면 실시간 애니메이션만 만들 수 있는 것이 아니라 단순히 몇줄의 코드를 추가하여 인터렉티브한(Interactive) 동영상 프리젠테이션도 만들 수 있습니다.

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