Dinâmica generalizada para sistemas magnéticos nanoestruturados

Microwave emission by magnetic materials at well-localized frequencies is of great interest for future nanotechnology applications. In this work a generalized model was developed to study the excitation spectra of nanostructured ferromagnetic systems using micromagnetic simulations with the implem...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Martins Júnior, Sérgio Murilo da Silva Braga
Outros Autores: Carriço, Artur da Silva
Formato: doctoralThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Brasil
Assuntos:
Dinâmica de magnetização
Espectro de excitações
Densidade de estados
Tensor de susceptibilidade dinâmica
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28783
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Martins Júnior, Sérgio Murilo da Silva Braga
Dinâmica generalizada para sistemas magnéticos nanoestruturados
description Microwave emission by magnetic materials at well-localized frequencies is of great interest for future nanotechnology applications. In this work a generalized model was developed to study the excitation spectra of nanostructured ferromagnetic systems using micromagnetic simulations with the implementation of the solving matrix method obtained through the Landau-Lifshitz equation and the dynamic susceptibility tensor method. The first part of the work was devoted to the analytical development of the equations of motion for a nanostructured ferromagnetic system, according to micromagnetic theory, and the expressions of the resolving matrix elements and the generalized dynamic susceptibility tensor elements. The theoretical models are then applied to describe the excitation spectra of systems such as uniformly magnetized ferromagnetic nanostripes, domain walls of ferromagnetic nanostripes coupled to antiferromagnetic vicinal substrates and magnetic vortices of circular nanodisks. The resolvent matrix allows obtaining the spectral density of states, and is applied to the study the spectra of domain walls, allowing the characterization of some modes of walls oscillations in a frequency range below the magnetic domain spectral band. Using the dynamic susceptibility tensor, the spatial distribution of resonance modes along the entire nanostructure could be identified. Thus, the similarities and differences between the domain, domain wall and vortex magnetic excitations can be investigated using the theoretical models developed in this study. Thus, we suggest, it possible to predict microwave field values to specifically excite each of the observed oscillation modes. The application of the model developed in systems such as nanodisks vortices and domain walls pinned by exchange interaction at the multilayer FM/AFM interface made it possible to identify considerable increases in resonance frequencies. For magnetic vortices, the smaller the nanodisk diameter, the higher the resonant frequency, while for domain walls, the narrower the wall (higher interface fields), the higher the resonant frequency.
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The first part of the work was devoted to the analytical development of the equations of motion for a nanostructured ferromagnetic system, according to micromagnetic theory, and the expressions of the resolving matrix elements and the generalized dynamic susceptibility tensor elements. The theoretical models are then applied to describe the excitation spectra of systems such as uniformly magnetized ferromagnetic nanostripes, domain walls of ferromagnetic nanostripes coupled to antiferromagnetic vicinal substrates and magnetic vortices of circular nanodisks. The resolvent matrix allows obtaining the spectral density of states, and is applied to the study the spectra of domain walls, allowing the characterization of some modes of walls oscillations in a frequency range below the magnetic domain spectral band. Using the dynamic susceptibility tensor, the spatial distribution of resonance modes along the entire nanostructure could be identified. Thus, the similarities and differences between the domain, domain wall and vortex magnetic excitations can be investigated using the theoretical models developed in this study. Thus, we suggest, it possible to predict microwave field values to specifically excite each of the observed oscillation modes. The application of the model developed in systems such as nanodisks vortices and domain walls pinned by exchange interaction at the multilayer FM/AFM interface made it possible to identify considerable increases in resonance frequencies. For magnetic vortices, the smaller the nanodisk diameter, the higher the resonant frequency, while for domain walls, the narrower the wall (higher interface fields), the higher the resonant frequency. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A emissão de micro-ondas por materiais magnéticos em frequências bem localizadas é de grande interesse para futuras aplicações em nanotecnologia. Nesse trabalho foi desenvolvido um modelo generalizado para estudar os espectros de excitações de sistemas ferromagnéticos nanoestruturados fazendo uso de simulações micromagnéticas com implementação do método da matriz resolvente obtida através equação de Landau-Lifshitz e do método do tensor de susceptibilidade dinâmica. A primeira parte do trabalho foi dedicada ao desenvolvimento analítico das equações de movimento para um sistema ferromagnético nanoestruturado, segundo a teoria micromagnética, e das expressões dos elementos da matriz resolvente e dos elementos do tensor de susceptibilidade dinâmica generalizado. Foram, então, feitas aplicações dos modelos teóricos a sistemas como nanofitas ferromagnéticas magnetizadas uniformemente, paredes de domínio nucleadas em nanofitas ferromagnéticas acopladas a um substrato vicinal antiferromagnético e vórtices magnéticos em nanodiscos circulares. A matriz resolvente permite obter a densidade espectral de estados, e foi aplicada ao estudo de paredes de domínio. Foram identificados alguns modos de oscilação de paredes de domínio localizados em uma faixa de frequência que antecede a banda associada aos domínios magnéticos, e, através do tensor de susceptibilidade dinâmica, puderam ser identificados a distribuição espacial das excitações ao longo de toda a nanoestrutura. Com isso, podem ser analisadas as semelhanças e diferenças entre as excitações magnéticas localizadas nos domínios, nas paredes de domínio e no centro de vórtices magnéticos. Os modelos desenvolvidos nesse estudo poderão ser usados para prever as frequências de campos de micro-ondas específicas para excitar especificamente cada um dos modos de oscilação observados. A aplicação do modelo desenvolvido em sistemas como vórtices em nanodiscos e paredes de domínio aprisionadas por interação de troca na interface em multicamadas FM/AFM possibilitou identificar aumentos consideráveis nas frequências de ressonância. Para vórtices magnéticos, quanto menor é o diâmetro do nanodisco, maior é a frequência de ressonância, enquanto, para paredes de domínio, quanto mais estreita é a parede (altos campos de interface), maior é a frequência de ressonância. 2020-04-15T18:17:19Z 2020-04-15T18:17:19Z 2019-11-13 doctoralThesis MARTINS JÚNIOR, Sérgio Murilo da Silva Braga. Dinâmica generalizada para sistemas magnéticos nanoestruturados. 2019. 135f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28783 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA

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