Histerese térmica de sistemas magnéticos nanoestruturados /

Resumo:Relatamos um estudo de histerese térmica em sistemas magnéticos nanoestruturados. A histerese térmica se origina da existência de estados meta-estáveis em intervalos de temperatura que são controláveis pelas dimensões físicas e composição do sistema magnético e pelo valor do campo magnético e...

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Detalhes bibliográficos
Principais autores:	Silva, Marias das Graças Dias da., Carriço, Artur da Silva., Dantas, Ana Lúcia., Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
Formato:	Dissertação
Publicado em:
Assuntos:	Magnetismo - Dissertação. Histerese térmica - Sistemas magnéticos nanoestruturados - Magnetism. Thermal hysteresis. Nanostructured magnetic systems.
Endereço do item:	https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/18585/1/MariaGDS_DISSERT1.pdf
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description	Resumo:Relatamos um estudo de histerese térmica em sistemas magnéticos nanoestruturados. A histerese térmica se origina da existência de estados meta-estáveis em intervalos de temperatura que são controláveis pelas dimensões físicas e composição do sistema magnético e pelo valor do campo magnético externo. Dois sistemas são investigados. O primeiro sistema consiste de uma tricamada contendo um lme antiferromagnético de MnF2 com interação de troca de interface com dois lmes ferromagnéticos de Fe. Em baixa temperatura os dois lmes ferromagnéticos têm magnetização em direções opostas. Ao aquecer o sistema em presença de campo magnético externo a energia Zeeman se sobrepõe a ordem magnética do lme de MnF2 induzindo uma orientação progressiva dos lmes ferromagnéticos com o campo externo, e a formação de estados com spins fora da direção fácil (spin op) no material antiferromagnético, evoluindo para alinhamento dos lmes ferromagn éticos em temperaturas ao redor da temperatura de Neel, com a formação de ligações com frustração da energia de troca no centro do lme antiferromagnético. Ao resfriar o sistema segue uma sequência diferente de estados devido a barreira de anisotropia dos materiais. A largura da histerese térmica depende da espessura dos lmes e da intensidade do campo magnético externo. O segundo sistema estudado consiste de nanoelementos de Fe e Permalloy em substratos não-compensados de NiO. Nesse caso a histerese térmica se origina nas modificações, impostas pelo acoplamento de troca na interface, na ordem magnética intranseca do nanolemento ferromagnético. Ao aquecer além da temperatura de Neel, o nanoelemento se ajusta gradualmente ao padrão magnético imposto pelo seu próprio campo dipolar e, no processo de resfriamento pode seguir uma sequência diferente de fases magnéticas devido a barreira imposta por sua alta anisotropia de forma. Mostramos que histerese térmica é mais provável em nanoelementos de Fe, devido ao valor elevado da magnetização de saturação, e para nanoelementos de base quadrada, comdimensões laterais ao redor de 100nm, devido à possibilidade de nucleação de vórtices. Comentamos no possível impacto de histerese térmica no funcionamento de células de tunelamento, usadas em memórias magnéticas de acesso aleatório.#$&Abstract:We report a theoretical investigation of thermal hysteresis in magnetic nanoelements. Thermal hysteresis originates in the existence of meta-stable states in temperature intervals which may be tuned by small values of the external magnetic _eld, and are controlled by the system_s geometric dimensions as well as the composition. Two systems have been investigated. The _rst system is a trilayer consisting of one antiferromagnetic MnF2 _lm, exchange coupled with two Fe _lms. At low temperatures the ferromagnetic layers are oriented in opposite directions. By heating in the presence of an external magnetic _eld, the Zeeman energy induces a gradual orientation of the ferromagnets with the external _eld and the nucleation of spin-op-like states in the antiferromagnetic layer, leading eventually, in temperatures close to the Neel temperature, to full alignment of the ferromagnetic _lms and the formation of frustrated exchange bonds in the center of the antiferromagnetic layer. By cooling down to low temperatures, the system follows a different sequence of states, due to the anisotropy barriers of both materials. The width of the thermal hysteresis loop depends on the thicknesses of the FM and AFM layers as well as on the strength of the external _eld. The second system consists in Fe and Permalloy ferromagnetic nanoelements exchange coupled to a NiO uncompensated substrate. In this case the thermal hysteresis originates in the modi_cations of the intrinsic magnetic order of the ferromagnetic nanoelement due to the strong interface exchange coupling energy at low temperatures. By heating beyond the Neel temperature, the ferromagnetic nanoelement evolves to magnetization patterns controlled by the dipolar _eld and upon cooling may follow another sequence of states, due to the shape anisotropy barrier. We show that thermal hysteresis is more likely for Fe nanoelements, due to its larger saturation magnetization, and for nanoelements with square basis, and lateral dimensions in the 100nm range, due to nucleation of vortex states. We also comment on the possible impact of thermal hysteresis for the operation of magnetic tunnel junction devices.
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Em baixa temperatura os dois lmes ferromagnéticos têm magnetização em direções opostas. Ao aquecer o sistema em presença de campo magnético externo a energia Zeeman se sobrepõe a ordem magnética do lme de MnF2 induzindo uma orientação progressiva dos lmes ferromagnéticos com o campo externo, e a formação de estados com spins fora da direção fácil (spin op) no material antiferromagnético, evoluindo para alinhamento dos lmes ferromagn éticos em temperaturas ao redor da temperatura de Neel, com a formação de ligações com frustração da energia de troca no centro do lme antiferromagnético. Ao resfriar o sistema segue uma sequência diferente de estados devido a barreira de anisotropia dos materiais. A largura da histerese térmica depende da espessura dos lmes e da intensidade do campo magnético externo. O segundo sistema estudado consiste de nanoelementos de Fe e Permalloy em substratos não-compensados de NiO. Nesse caso a histerese térmica se origina nas modificações, impostas pelo acoplamento de troca na interface, na ordem magnética intranseca do nanolemento ferromagnético. Ao aquecer além da temperatura de Neel, o nanoelemento se ajusta gradualmente ao padrão magnético imposto pelo seu próprio campo dipolar e, no processo de resfriamento pode seguir uma sequência diferente de fases magnéticas devido a barreira imposta por sua alta anisotropia de forma. Mostramos que histerese térmica é mais provável em nanoelementos de Fe, devido ao valor elevado da magnetização de saturação, e para nanoelementos de base quadrada, comdimensões laterais ao redor de 100nm, devido à possibilidade de nucleação de vórtices. Comentamos no possível impacto de histerese térmica no funcionamento de células de tunelamento, usadas em memórias magnéticas de acesso aleatório.#$&Abstract:We report a theoretical investigation of thermal hysteresis in magnetic nanoelements. Thermal hysteresis originates in the existence of meta-stable states in temperature intervals which may be tuned by small values of the external magnetic _eld, and are controlled by the system_s geometric dimensions as well as the composition. Two systems have been investigated. The _rst system is a trilayer consisting of one antiferromagnetic MnF2 _lm, exchange coupled with two Fe _lms. At low temperatures the ferromagnetic layers are oriented in opposite directions. By heating in the presence of an external magnetic _eld, the Zeeman energy induces a gradual orientation of the ferromagnets with the external _eld and the nucleation of spin-op-like states in the antiferromagnetic layer, leading eventually, in temperatures close to the Neel temperature, to full alignment of the ferromagnetic _lms and the formation of frustrated exchange bonds in the center of the antiferromagnetic layer. By cooling down to low temperatures, the system follows a different sequence of states, due to the anisotropy barriers of both materials. The width of the thermal hysteresis loop depends on the thicknesses of the FM and AFM layers as well as on the strength of the external _eld. The second system consists in Fe and Permalloy ferromagnetic nanoelements exchange coupled to a NiO uncompensated substrate. In this case the thermal hysteresis originates in the modi_cations of the intrinsic magnetic order of the ferromagnetic nanoelement due to the strong interface exchange coupling energy at low temperatures. By heating beyond the Neel temperature, the ferromagnetic nanoelement evolves to magnetization patterns controlled by the dipolar _eld and upon cooling may follow another sequence of states, due to the shape anisotropy barrier. We show that thermal hysteresis is more likely for Fe nanoelements, due to its larger saturation magnetization, and for nanoelements with square basis, and lateral dimensions in the 100nm range, due to nucleation of vortex states. We also comment on the possible impact of thermal hysteresis for the operation of magnetic tunnel junction devices. 1 2022-10-05T22:34:11Z 2022-10-05T22:34:11Z 2010. Dissertação 537.67 S586h DISSERT 133380 https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/18585/1/MariaGDS_DISSERT1.pdf https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/18585/1/MariaGDS_DISSERT1.pdf

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