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Type: Dissertação
Title: Estudo via simulação computacional da formação de vórtice e do modo girotrópico em nanodiscos
Author: Toscano, Danilo
First Advisor: Leonel, Sidiney de Andrade
Co-Advisor: Dias, Rodrigo Alves
Referee Member: Garcia, Flávia
Referee Member: Costa, Bismarck Vaz da
Referee Member: Dias, Rodrigo Alves
Resumo: Recentemente foi mostrado que filmes finos magnéticos em nanoescala podem exibir um vórtice no seu estado fundamental. O vórtice pode diminuir sua energia através do desenvolvimento de uma magnetização fora do plano, perpendicular ao plano do filme, a direção z, que pode ser para cima ou para baixo. Devido a estrutura de vórtice ser muito estável, essa degenerescência de dois estados abre a possibilidade de usar um nanodisco magnético como um bit de memória em dispositivos eletrônicos. A manipulação do vórtice e a forma de controlar a magnetização do núcleo é um assunto de extrema importância. Resultados recentes sugerem que a polaridade do vórtice pode ser invertida através da aplicação de um campo magnético aplicado no plano do disco. Um outro efeito importante induzido por um campo magnético externo devido a componente da magnetização fora do plano no núcleo do vórtice e o modo girotrópico. O modo girotrópico ´e o movimento elíptico ao redor do centro do disco executado pelo núcleo do vórtice sob a influência de um campo magnético. No presente trabalho usamos simulações numéricas para estudar o estado fundamental bem como o comportamento dinâmico de vórtices magnéticos em nanodiscos finos. Consideramos um modelo em que os momentos magnéticos interagem através dos potenciais de troca e dipolar. Investigamos as condições para a formação do núcleo do vórtice com a sem uma magnetização fora do plano como função da intensidade da interação de dipolar D, da extensão e da espessura do nanodisco magnético. Nossos resultados foram consistentes com a existência de duas fases de vórtices separados por uma linha de crossover. Observamos que Dc não depende do raio do nanodisco mas depende da espessura. O expoente a encontrado foi a =0:55(2). O movimento girotrópico é estudado através da aplicação de um campo magnético externo paralelo ao plano do nanodisco magnético. Nossos resultados mostram que existe um valor mínimo para o módulo da magnetização do núcleo do vórtice fora do plano, a partir da qual podemos excitar o modo girotrópico. Esse valor mínimo depende da espessura do nanodisco. Esse resultado sugere que uma forma experimental de melhorar a estabilidade do processo de inversão da magnetização pode ser através do controle da espessura. Também observamos que a frequência do modo girotrópico aumenta com a razão entre espessura e raio, que está qualitativamente de acordo com resultados teóricos e experimentais. Finalmente, apresentamos resultados teóricos para nanodiscos de Permalloy obtidos do nosso modelo, que também estão em boa concordância com resultados experimentais.
Abstract: Recently it was shown that magnetic thin films with nanoscale dimensions can exhibit a vortex as its ground state. The vortex can lower its energy by developing an out-of-plane magnetization perpendicular to the plane of the film, the z direction, with can be “up” or “down”. Because the vortex structure is very stable this twofold degeneracy opens up possibility of using a magnetic nanodisk as a bit of memory in electronic devices. The manipulation of the vortex and way to control the core magnetization is a subject of paramount importance. Recent results have suggested that the polarity of a vortex core could be switched by applying a pulsed magnetic field in the plane of the disk. Another important effect induced by an external magnetic field due to the component out-of-plane in the vortex-core is the gyrotropic mode. The gyrotropic mode is the elliptical movement around the disk center executed by the vortex-core under the influence of a magnetic field. In the present work we used numerical simulations to study the ground state as well as the dynamical behavior of magnetic vortices in thin nanodisks. We have considered a model where the magnetic moments interact through exchange (􀀀Jå~Si ~Sj) and dipolar (Dåf~Si ~Sj 􀀀3(~Si ˆri j) (~Sj ˆri j)g=(ri j)3) potentials. We have investigated the conditions for the formation of the vortex-core with and without an out-of-plane magnetization as a function of the strength of the dipole interaction D and the size and the thickness of the magnetic nanodisks. Our results were consistent with the existence of two vortex phases separated by a crossover line [(Dc􀀀D)a]. We have observed that Dc does not depend on the radius of nanodisk but depends on its thickness. The exponent a was found to be a = 0:55(2) The gyrotropic motion is studied by applying an external magnetic field parallel to the plane of the magnetic nanodisk. Our results show that there is a minimum value for the modulus of the out-of-plane vortex-core magnetization, from which we can excite the gyrotropic mode. This minimum value depends on the thickness of the nanodisk. This result suggest that an experimental way to improve the stability of the process of switching may be through the thickness control. We also observed that the gyrotropic mode frequency increases with the aspect ratio, which is in qualitatively accordance with theoretical and experimental results. Finally, we present theoretical results for Permalloy nanodisks obtained from our model, which are also in good agreement with experimental results.
Keywords: Nanodiscos magnéticos
Vórtice magnético
Modo girotrópico
Magnetic nanodisks
Magnetic vortex
Gyrotropic mode
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Access Type: Acesso Aberto
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/10640
Issue Date: 28-Feb-2011
Appears in Collections:Mestrado em Física (Dissertações)



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