We discuss a mass-lumped midpoint scheme for the numerical approximation of the Landau-Lifshitz-Gilbert equation, which models the dynamics of the magnetization in ferromagnetic materials. In addition to the classical micromagnetic field contributions, our setting covers the non-standard Dzyaloshinskii-Moriya interaction, which is the essential ingredient for the enucleation and stabilization of magnetic skyrmions. Our analysis also includes the inexact solution of the arising nonlinear systems, for which we discuss both a constraint preserving fixed-point solver from the literature and a novel approach based on the Newton method. We numerically compare the two linearization techniques and show that the Newton solver leads to a considerably lower number of nonlinear iterations. Moreover, in a numerical study on magnetic skyrmions, we demonstrate that, for magnetization dynamics that are very sensitive to energy perturbations, the midpoint scheme, due to its conservation properties, is superior to the dissipative tangent plane schemes from the literature.


翻译:我们讨论Landau-Lifshitz-Gilbert等式的数字近似质量中点方案,该等式模拟了铁磁材料磁化的动态。除了古典微磁场贡献外,我们的设置还包括非标准的Dzyaloshinskii-Moriya互动,这是磁性云层放大和稳定的基本成分。我们的分析还包括正在产生的非线性系统的非线性解决方案,我们讨论的是从文献中保存固定点求解器的制约因素和基于牛顿方法的新颖方法。我们用数字比较了两种线性化技术,并表明牛顿求解技术导致非线性迭代法的数量要低得多。此外,在对磁性云层进行的数字研究中,我们证明,对于对能源扰动非常敏感的磁性动力,中点计划由于其保护特性,优于文献中点的淡化平面平面计划。

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