Nanoelementos ferromagnéticos acoplados a substrato antiferromagnético
Título: Nanoelementos ferromagnéticos acoplados a substrato antiferromagnético
Autor: Adan Sady de Medeiros Silva
Resumo: Apresentamos um estudo teórico das fases magnéticas de nanopartículas de ferro e permalloy sujeitas a acoplamento de interface com um substrato antiferromagético. Investigamos as fases magnéticas do estado remanente de nano-elementos circulares e a nucleação de pares de vórtices ao longo da curva de histerese magnética de nano-elementos de base com formato elíptico. A descrição é baseada na teoria micromagnética. Algoritmos auto-consistentes, baseados nas equações de Landau-Lifshitz, foram desenvolvidos para descrever as fases magnéticas de equilíbrio ao longo da curva de histerese. Construímos o diagrama de fases (estados magnéticos dos spins do material antiferromagnético) de nano-elementos circulares, descrevendo a fase magnética de remanência como função do diâmetro e da altura, desde 21nm até 81nm. Mostramos que o acoplamento de interface estabiliza estados com magnetização uniforme de nano-elementos. Para partículas com diâmetro da ordem de 30nm, a altura limiar para a nucleação de estados aproximadamente uniformes (de alta magnetização) aumenta por um fator ao redor de dois pelo efeito do acoplamento de interface. Para nano-elementos de ferro e permalloy com diâmetro menor que 81nm, os valores limiares de altura para a estabilização de estado monodomínio são de 10nm e 8nm. Esses valores aumentam para 20nm e 15nm por efeito de acoplamento de interface. Mostramos também que estados contendo vórtices fora do plano da interface são favorecidos sobre estados contendo vórtices no plano da interface. Nossos resultados reproduzem medidas feitas recentemente em nano-elementos de supermalloy. Apresentamos também um estudo do impacto do acoplamento de interface na ordem magnética de nano-elementos cilíndricos de ferro e permalloy, com base elíptica. Mostramos que, ao contrário do que requer a intuição, o aprisionamento parcial de momentos magnéticos da região de interface favorece a nucleação de estados magnéticos contendo pares de vórtices, ao longo da curva de histerese. O acoplamento de interface afeta tanto a distância entre núcleos dos vórtices quanto ao sentido de rotação relativo do par de vórtices. Com dimensões laterais acima de alguns comprimentos de troca, nano-elementos de ferro e permalloy podem nuclear pares de vórtices de mesma chiralidade, separados por um anti-vortex. O acoplamento de interface favorece a nucleação de pares de vórtices com chiralidade oposta, separados por um domínio uniforme.