Magnetismo e Magnetotransporte em Nanoestruturas

Nesta tese de doutorado utilizamos a equação de Landau-Lifshitz Gilbert (LLG) para estudar as propriedades magnéticas e de transporte eletrônico de nanoestruturas como nanodiscos e nanofios. Existem vários programas disponíveis que resolvem essa equeção, mas decidimos desenvolver nosso pr ́oprio código. Isto nos dá algumas vantagens, pois conhecemos e podemos modificar cada parte do nosso código e tirar o máximo de proveito da análise dos dados. Nano e microdiscos de Permalloy, dependendo da relação entre o diâmetro e a espessura, podem exibir uma configuração magnética conhecida como vórtice magnético onde a magnetização no plano do disco é circular. Este vórtice apresenta um núcleo,que pode ter uma largura de 10 a 20 nm e é magnetizado perpendicularmente ao plano do disco. Devido á biestabilidade magnética da estrutura do núcleo do vórtice, este sistema é bastante promissor do ponto de vista tecnológico, podendo ser utilizado no futuro em armazenamento de informação em memórias magnéticas. Inicialmente, investigamos o efeito da anisotropia magné tica (Kz) na estática e nadinâmica do vórtice. Quando aumentamos a magnitude deKz para valores dentro de uma certa faixa, a largura do núcleo aumenta. Com isso, discos com anisotropia magnética apresentam melhor resolução do seu núcleo,nos permitindo investigarem mais detalhes o processo de inversão da magnetização do núcleo, que pode ser obtida pela aplicação de campo magnético e/ou corrente spin-polarizada de alta densidade. Durante o processo de inversão, é observada a nucleação de um par vórtice e antivórtice e a aniquilação do vórtice original e o antivórtice, resultando em um vórtice com magnetização invertida. Em seguida estudamos, tanto experimentalmente quanto por simulação micromagnética, nanofios de cobalto com dimensõess de 6 μm de comprimento e 50 nm de diâmetro. O grupo de magnetismo do CBPF fabricou as amostras e realizou medidas de magnetorestência (MR) com o objetivo de estudar o processo de inversão da magnetização ao longo do fio. Essa inversão pode ocorrer pelos modos de rotação uniforme, “buckling”ou “curling”e depende do diâmetro do fio e do ângulo de aplicação do campo magnético em relação ao fio. Para estudar esses modos e ajudar a entender os resultados experimentais, desenvolvemos um modelo inspirado em recentes trabalhos publicados na literatura para calcular a curva de magnetorresistência. O modelo utiliza a configura ̧c ̃ao magnética obtida por simulações micromagnéticas para calcular a MR e os resultados obtidos com o modelo apresentam um ótimo acordo com os resultados experimentais. Na última parte da tese desenvolvemos o modelo decorrente não-uniforme e mostramos que há um aumento da densidade de corrente no núcleo do vórtice. Com autilização deste modelo, há um acordo ainda melhor entre os resultados numéricos da magnetorresistência do nanodisco e os resultados experimentais. Sabendo disso,também calculamos a inversão da magnetização do núcleo induzida pela aplicação de corrente polarizada em spin, onde esta corrente é calculada a partir do modelo de corrente não-uniforme. A densidade de corrente crítica (mínimo de densidade para induzir uma inversão da magnetização do núcleo do vórtice) para o caso de corrente não-uniforme é menor que a do modelo de corrente uniforme.