Influência da Anisotropia Perpendicular em Nanopontos Magnéticos: Em caso estático e dinâmico

Na presente tese estudamos as propriedades estéticas e dinâmicas de nanodiscos e nanoelipses, utilizando a teoria do micromagnetismo, para isso utilizamos a ferramenta computacional OOMMF. Os resultados obtidos com este método foram comparados com os resultados encontrados através da utilização dos métodos analíticos e experimentais desenvolvidos durante a tese e por meio de colaborações. As configurações magnéticas de monodomínio planar e perpendicular e vórtice para discos e para elipses são bem conhecidas. Estas configurações dependem dos tamanhos das nanoestruturas, os quais modificam os termos de energia que estão envolvidos na teoria micromagnética. Partimos dessas características conhecidas e realizamos um estudo sistemático do papel da anisotropia uniaxial no eixo-z sobre as nanoestruturas. Assim, elaboramos um modo no qual pudéssemos alterar este termo e com ele alterar os efeitos nas nanoestruturas. A primeira parte da tese consistiu em estudar as características estáticas das nanoestruturas com a presença da anisotropia para tanto, investigamos como este fator influencia o vórtice magnético. Observamos a partir das simulações que o aumento da anisotropia perpendicular modifica o raio do núcleo do vórtice. A dependência do raio do núcleo do vórtice com a anisotropia foi, também derivada de um modelo analítico, tendo uma boa concordância com a simulação. O crescimento da anisotropia leva a mudanças na configuração magnética, ou seja, a configuração de vórtice altera para a de skyrmion e em seguida para monodomínio perpendicular. Em experimentos, utilizando XMCD-PEEM e MFM, observamos que os núcleos dos vórtices em discos formados em multicamadas de cobalto/platina (Co/Pt) possuem o mesmo comportamento que nas simulações. De forma mais ampla, obtivemos diagramas de fase para discos e elipses com anisotropia uniaxial. Nos diagramas obtidos para os discos encontramos as seguintes configurações: monodomínio planar e perpendicular, vórtice magnético e skyrmion. Estes diagramas estão de acordo com os obtidos analiticamente. O skyrmion foi observado nos diagramas apenas com o termo de anisotropia perpendicular, ou seja, sem a interação de Dzyaloshinskii-Moriya. Para as elipses, além das configurações observadas para os discos, encontramos, também, configuração de duplo vórtice e vórtices laterais. A inclusão do termo de anisotropia implica a alteração das fronteiras e nas configurações magnéticas dos diagramas quando comparados com os sem anisotropia. Obtivemos curvas de histerese para estudar o papel da anisotropia sobre a aniquilação dos núcleos dos vórtices em discos. Deste modo, obtivemos os campos de aniquilação e os comparamos com os obtidos analiticamente, em ambos os métodos os campos diminuem com o aumento da anisotropia perpendicular. A deformação do núcleo do vórtice foi evidenciada a partir das simulações micromagnéticas. O método analítico utilizou uma aproximação que não permite ao núcleo variar de forma ou tamanho. A deformação se torna maior para altas anisotropias perpendiculares. A deformação não depende do raio do disco, mas sim da distância relativa do núcleo do vórtice a partir do centro do disco. Ao considerarmos as propriedades dinâmicas estudamos como a anisotropia age sobre a frequência natural e sobre a velocidade crítica de inversão da polaridade do núcleo do vórtice. Observamos que para maiores anisotropias as frequências dos núcleos são menores, o mesmo efeito ocorre para a velocidade crítica. Além disso, observamos que a distância em relação ao centro do disco em que ocorre a inversão é menor para maiores anisotropias. Este resultado levou a estudarmos o acoplamento entre um par de vórtices em discos distintos que interagem magneticamente. Excitando por campos magnéticos apenas um dos vórtices, este induz um movimento no outro vórtice. Assim, com o acoplamento entre os discos com anisotropias diferentes e como os raios onde ocorre a inversão são diferentes, mostramos que é possível excitar um dos discos e inverter a polaridade do núcleo do outro. O movimento coletivo dos vórtices magnéticos também foi estudado considerando um arranjo com 100 nanodiscos. Este arranjo tem uma distribuição normal nos diâmetros dos discos. Os resultados mostraram um novo efeito - o eco de vórtice magnético - que surgiu a partir da reorganização (refocalização) da magnetização total do arranjo. Este efeito oferece uma forma de caracterizar a matriz quanto à homogeneidade e intensidade da interação entre seus elementos. Mostramos ainda, de forma análoga, um modelo analítico que descreve o eco de spin em ressonância magnética; esse modelo pode ser usado para explicar a maioria das características do eco de vórtice magnético encontrado a partir da simulação micromagnética.