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大規模マルチスケール磁界シミュレーション
FUJITSU Manufacturing Industry SolutionCOLMINA CAE 磁界シミュレータ（旧名称：EXAMAG）

COLMINA CAE 磁界シミュレータは、富士通が長年培ってきた大規模な並列計算の技術を取り入れて、磁性材料の内部の微細な磁化状態を解析するマイクロマグネティックスの手法と有限要素法による磁場解析の手法を組み合わせて、ミクロからマクロの幅広いスケールにおける複雑形状の解析対象の磁界解析を実現する磁界シミュレータです。

解析事例

  • TMRセンサ解析

    素子内部に磁気渦構造をもつTMRセンサを解析します。センサに対して外部磁界を印加し、各外部磁界毎の磁化状態を計算することでセンサのヒステリシス曲線を解析することが可能です。

  • 磁気スキルミオン解析

    界面効果により現れる磁気スキルミオンを解析します。強磁性層と非磁性重金属を積層した場合に界面に働くDzyaloshinskii-Moriya 相互作用(DMI)を考慮し、材料毎に変わる磁気スキルミオンの大きさの解析などが可能です。

  • SOTアシストSTTスイッチング

    スピンオービットトルク(SOT)によるアシストを受けた、スピントランスファートルク(STT)-MRAMの磁化反転を解析します。与えられた電圧パルスに従いSTTとSOTを両方考慮することで、各時刻におけるSOTアシストSTT-MRAMのスイッチングを解析することが可能です。

  • MRAMのスピン注入磁化反転

    スピン注入による、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）の磁化反転を解析します。電流パルスを加えた際に生じるスピントランファートルクを計算することで、有限温度環境において反転にかかる時間の分布を解析することが可能です。

  • MRAMの熱安定性解析

    磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）の、２つの磁化状態間に存在する熱障壁を解析します。2つの磁化状態間の遷移において最大エネルギーが最も小さくなる経路をstring法で求めることにより、熱障壁の大きさを定量的に求めることが可能です。

  • 磁気記録解析（MAMR）

    スピントルク発振器（STO）からの漏れ磁界を利用したマイクロ波アシスト磁化反転（MAMR）を解析します。磁気ヘッド、STO、媒体をモデル化し、STOと磁気ヘッドを一定の速度で動かした際の媒体への書込みを計算することが可能です。

  • スピントルク発振器解析

    磁気抵抗素子の抵抗変化を用いた高周波発振器を解析します。発振器からでるマイクロ波の周波数や出力の大きさを求めることが可能です。素子の材料は任意に設定可能で、GMRやTMRなどの磁気抵抗効果を取り扱うことが可能です。

  • 磁壁移動

    磁性細線に電流を流した際の磁壁移動現象を解析します。磁性細線中に流れる電流の他に、Dzyaloshinsky-Moriya相互作用やスピン軌道相互作用によるトルクなど、下地層との界面効果も考慮できます。

  • レアアース磁石の磁化反転解析

    Nd-Fe-B焼結磁石の、減磁過程における磁区形成などの磁化変化を解析します。磁化の計算に非線形共役勾配法（NCG）を用いることにより、Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程式よりもはるかに高速な計算が可能です。

  • レアアース磁石の熱消磁による磁区形成

    Nd-Fe-B薄膜磁石の熱消磁状態を計算し、磁区形成の様子を解析します。磁化の初期状態を上下ランダムに設定し、エネルギー最小化法を用いることで、収束状態として複雑な多磁区構造を再現することが可能です。

  • インダクタの損失計算

    高周波で動作するフェライトコアのインダクタンス値および鉄損を計算します。鉄損は磁気ヒステリシス損失、残留損失、そして渦電流損失に分離して計算されます。この渦電流損失は、MnZnフェライトのミクロ構造（絶縁体が導体の結晶粒を包む）をモデル化して計算されます。

  • 誘導加熱による温度分布計算

    コイルに流れる電流に起因する磁束が時間変化することで坩堝に誘導電流が流れ、それによって坩堝が発熱します。坩堝表面の熱伝達率を設定し、定常熱伝導解析によって坩堝内の温度分布を求めることが可能です。

製品情報

      • LLG方程式（Landau-Lifshitz-Gilbert）に基づいたマイクロマグネティックス解析を実現
      • 有限要素法をベースとすることで、微細構造等の複雑な形状の磁界解析が可能
      • マルチコアやクラスタコンピュータ等のCPUリソースを有効活用できるMPI並列計算機能を提供
      • スピントルク駆動型MRAMなど磁性メモリの磁化挙動の解析が可能
      • 磁気ヒステリシスモデルを取り入れたことで、インダクタやトランスなどの損失を高精度に計算可能
    • 機種富士通CELSIUS、ESPRIMO、他PC/AT互換機
      OSWindows10（64bit）、Windows8.1（64bit）、Windows 7（64bit）、Windows Server 2012（64bit）、 Cent OS 6以降（64bit）
      ※その他のOSについては、お問い合わせください。
      CPU1GHz以上（Core i 以上）
      メモリ容量4GB以上（推奨：8GB以上）
      ディスク容量約1GB以上（OS、データ領域除く）
      グラフィックスDirectX対応グラフィックボード

    • 導入時からご利用の際の問題まで幅広くサポートします。
      Eメール又はお電話によるソフトウェアサポート契約をご用意しております。
      お客様がお困りになった場合、専門スタッフが細かくサポート致します。

      導入支援サービス

      インストールから設定、計算の実行を支援します。

      Q&Aサービス

      電子メールまたは電話によってお客様のご質問にお答えいたします。

      バージョンアップサービス（希望される方）

      バージョンアップの際に最新バージョンのパッケージをお届けします。

      受託解析サービス（有償）

      お客様の要望をヒアリングし、弊社にて解析を行った結果をご報告します。

      カタログ・資料

      1. 藤崎淳、古屋篤史、上原裕二、清水香壱、吉田親子、安宅正、田中智大、大島弘敬:「マイクロマグネティックスを用いたNd-Fe-B焼結磁石の表面劣化による減磁過程への影響解析」、電気学会研究会資料、MAG-17-093 (2017)
      2. Tomohiro Tanaka, Atsushi Furuya, Yuji Uehara, Koichi Shimizu, Jun Fujisaki, Tadashi Ataka, and Hirotaka Oshima: "Speeding Up Micromagnetic Simulation by Energy Minimization With Interpolation of Magnetostatic Field", IEEE Transactions on Magnetics 53.6 (2017): 1-4
      3. Koichi Shimizu, Atsushi Furuya, Yuji Uehara, Jun Fujisaki, Hiroyasu Kawano ,Tomohiro Tanaka, Tadashi Ataka, and Hirotaka Oshima: "Loss Simulation by Finite-Element Magnetic Field Analysis Considering Dielectric Effect and Magnetic Hysteresis in EI-Shaped Mn–Zn Ferrite Core", IEEE Transactions on Magnetics 54.11 (2018): 1-5
      4. Atsushi Furuya, Yuji Uehara, Koichi Shimizu, Jun Fujisaki, Tadashi Ataka, Tomohiro Tanaka, and Hirotaka Oshima: "Magnetic Field Analysis for Dimensional Resonance in Mn–Zn Ferrite Toroidal Core and Comparison With Permeability Measurement", IEEE Transactions on Magnetics 53.11 (2017): 1-4
      5. Jun Fujisaki, Atsushi Furuya, Yuji Uehara, Koichi Shimizu, Chikako Yoshida, Tadashi Ataka, Tomohiro Tanaka, and Hirotaka Oshima: "Micromagnetic simulation analysis of the effect of surface degradation on the demagnetization process of Nd-Fe-B sintered magnet", The papers of technical meeting on magnetics IEE Japan. Vol. 2017. No. 86.
      6. Chikako Yoshida, Tomohiro Tanaka, Tadashi Ataka, and Atsushi Furuya: "Micromagnetic Study of Probabilistic Switching Behavior in Sub 20 nm-CoFeB/MgO Magnetic Tunnel Junction", 2018 Non-Volatile Memory Technology Symposium (NVMTS). IEEE, 2018
      7. Chikako Yoshida, Tomohiro Tanaka, Tadashi Ataka, and Atsushi Furuya: "Size dependence of the thermal stability factor in a perpendicular CoFeB/MgO magnetic tunnel junction studied by micromagnetic simulations", Japanese Journal of Applied Physics 58.SB (2019): SBBB05
      8. Chikako Yoshida, Tomohiro Tanaka, Tadashi Ataka, and Atsushi Furuya: "Micromagnetic Study of Edge-Damage Effects in Perpendicular CoFeB/MgO Magnetic Tunnel Junction", IEEE Transactions on Magnetics 55.7 (2019): 1-5

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