Magnetic materials are fundamental to various information technological applications, from data storage devices to energy-efficient computing. As the demand for high-speed, efficient technologies grows, understanding the mechanisms of energy dissipation within these materials becomes increasingly important. This thesis explores the underlying mechanisms of energy dissipation in magnetic materials through multi-scale simulations, with a particular focus on the spin and lattice subsystems.

A primary objective of this thesis is to challenge and broaden the conventional understanding of energy dissipation in magnetic materials. Traditionally, damping in spin systems has been treated as a simple scalar quantity; however, recent developments suggest a more intricate, non-local behavior correlated with neighboring environments. Despite these advancements, experimental verification of damping non-locality remains elusive, as its influence on experimental observable is not yet fully explored. To address this gap, the thesis investigates the effects of non-local spin damping on the lifetimes and dynamics of magnetic excitations, using common metals such as Fe, Co, Ni, and Fe-Co alloys as model systems.

In further examining alloy systems, it becomes clear that traditional alloy theories often overlook the influence of short-range interactions, resulting in inaccuracies in predicting the dissipative properties of magnetic materials. To bridge this gap, the thesis applies this non-local spin damping model to explore how variations in local atomic environments and alloy compositions, particularly in Fe-Co systems, affect energy dissipation. The results demonstrate that even subtle changes in atomic arrangement and composition can significantly influence spin damping, underscoring the crucial importance of fine-tuning energy dissipation in spin systems at the atomic scale.

Expanding the scope beyond spin system, the thesis also investigates energy dissipation within the lattice subsystem. The interaction between electron and lattice reveals a parallel complexity in lattice damping, mirroring the non-local behavior observed in spin systems. 

Collectively, these findings provide a comprehensive understanding of how both spin and lattice dynamics contribute to energy dissipation processes in magnetic materials. The insights obtained from this thesis not only offer theoretical clarity but also carry practical implications for the design of next-generation spintronic devices, where manipulating energy loss is essential for enhancing both speed and efficiency. By addressing these challenges, this thesis contributes to the development of more advanced materials and technologies that meet the increasing demands of modern computing and data storage.

Magnetiska material är grundläggande för olika informationsteknologiska tillämpningar, från datalagringsenheter till energieffektiv datorbearbetning. I takt med att efterfrågan på snabba och effektiva teknologier ökar blir det allt viktigare att förstå mekanismerna bakom energiförlust i dessa material. Denna avhandling undersöker de grundläggande mekanismerna för energiförlust i magnetiska material genom multiskalsimuleringar, med ett särskilt fokus på spinn- och gitterdelarna av systemen.

Ett centralt syfte med denna avhandling är att utmana och bredda den konventionella förståelsen av energiförlust i magnetiska material. Traditionellt har dämpning i spinnsystem behandlats som en enkel skalär storhet, men senaste forskningsutvecklingar tyder på ett mer komplext, icke-lokalt beteende som är korrelerat med omgivande miljöer. Trots dessa framsteg saknas experimentell verifiering av icke-lokal dämpning, då dess påverkan på experimentellt observerbara fenomen ännu inte är fullständigt utforskad. För att fylla denna kunskapslucka undersöker avhandlingen effekterna av icke-lokal spindämpning på livslängder och dynamik hos magnetiska excitationer, med vanliga metaller som Fe, Co, Ni och Fe-Co-legeringar som modellsystem.

Vid vidare analys av legeringssystem framgår det att traditionella teorier ofta bortser från kortdistansinteraktionernas påverkan, vilket leder till felaktigheter i förutsägelserna av magnetiska materials dissipativa egenskaper. För att hantera denna utmaning tillämpar avhandlingen en modell för icke-lokal spindämpning för att undersöka hur variationer i lokala atomära miljöer och legeringssammansättningar, särskilt i Fe-Co-system, påverkar energiförlust. Resultaten visar att även subtila förändringar i atomarrangemang och sammansättning kan ha en betydande inverkan på spindämpning, vilket understryker vikten av att finjustera energiförlust i spinnsystem på atomnivå.

Genom att utöka perspektivet utöver spinnsystem undersöker avhandlingen även energiförlust i gitterdelen av systemen. Interaktionen mellan elektroner och gitter visar en liknande komplexitet i gitterdämpning, som speglar det icke-lokala beteendet som observerats i spinnsystem.

Sammanfattningsvis ger dessa resultat en omfattande förståelse för hur både spinn- och gitterdynamik bidrar till energiförlustprocesser i magnetiska material. Insikterna som erhållits från denna avhandling erbjuder inte bara teoretisk klarhet utan har också praktiska tillämpningar för utformningen av nästa generations spintroniska enheter, där kontroll av energiförlust är avgörande för att förbättra både hastighet och effektivitet. Genom att möta dessa utmaningar bidrar denna avhandling till utvecklingen av mer avancerade material och teknologier som möter de växande behoven inom modern datorbearbetning och datalagring.