Magnetization dynamics in magnetic materials is often modeled by the Landau-Lifshitz equation, which is solved numerically in general. In micromagnetic simulations, the computational cost relies heavily on the time-marching scheme and the evaluation of stray field. Explicit marching schemes are efficient but suffer from severe stability constraints, while nonlinear systems of equations have to be solved in implicit schemes though they are unconditionally stable. A better compromise between stability and efficiency is the semi-implicit scheme, such as the Gauss-Seidel projection method (GSPM) and the second-order backward differentiation formula scheme (BDF2). At each marching step, GSPM solves several linear systems of equations with constant coefficients and updates the stray field several times, while BDF2 updates the stray field only once but solves a larger linear system of equations with variable coefficients and a nonsymmetric structure. In this work, we propose a new method, dubbed as GSPM-BDF2, by combing the advantages of both GSPM and BDF2. Like GSPM, this method is first-order accurate in time and second-order accurate in space, and is unconditionally stable with respect to the damping parameter. However, GSPM-BDF2 updates the stray field only once per time step, leading to an efficiency improvement of about $60\%$ than the state-of-the-art GSPM for micromagnetic simulations. For Standard Problem \#4 and \#5 from National Institute of Standards and Technology, GSPM-BDF2 reduces the computational time over the popular software OOMMF by $82\%$ and $96\%$, respectively. Thus, the proposed method provides a more efficient choice for micromagnetic simulations.


翻译:磁性材料的磁性动态往往以Landau-Lifshitz等式为模型,该等式一般以数字方式解决。在微磁模拟中,计算成本主要依赖时间总体制和迷差场评估。显性进化计划是有效的,但有严重的稳定性限制,而非线性方程系统则必须在无条件稳定的暗中方案中解决。稳定性和效率之间的更好妥协是半隐含的办法,如Gaus-Seidel预测法(GSPM)和第二阶次的后向偏差公式公式方案(BDF2)。在微磁性模型中,计算成本成本主要依靠时间计划(GSP2)和第二阶次的后向偏差公式方案(BDF2 ) 。在每次进化过程中,GSPM(GSP2) 和第二阶次的后向公式方案(GSPM2) 解决若干直线性方程的公式系统,而BDF2只一次更新偏差场,但解决一个较大的线性方程系统,同时解决可变系数和非对称结构结构结构结构结构结构的等值。我们建议的一种新的方法,比GSPM的SDFSDFSDFFFDFDF的S-roal-rode-ral-ral-ral-ral-ral-rupal-ral-ral-rup-rup-rupald-lup-s-rupal-rup-rup-rup-s-s-ruptal-al-al-ld-ruptal-ld-ld-ld-ld-ld-l-ld-ld-ld-ld-s-s-ld-s-s-al-al-s-s-s-l-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-sal-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-

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