Pesquisa

  • Estruturas de domínios em filmes finos: microscopia e simulação
  • Dinâmica de vórtices, skyrmions e paredes de domínios em nanoestruturas magnéticas
  • Micromagnetismo: teoria e simulações
  • Reconhecimento de padrões, redes neurais convolucionais

 

Filmes magnéticos ultrafinos acoplados a redes de nanodots

Dois trabalhos nos quais participei tratam do estudo do processo de magnetização via deslocamento de parede de domínio em filmes multicamada baseados em Co/Pt (Cobalto Platina) acoplados magnetostaticamente a redes de nanodots de dimensões reduzidas (200 nm de lado e espaçamentos de 200 ou 1000 nm). A compreensão desse acoplamento e de suas consequências no processo de magnetização na multicamada é fundamental para aplicações desses sistemas em dispositivos de armazenamento e processamento de dados em suporte magnético.

Os trabalhos (um no JAP e outro no J. Phys. D. O primeiro trabalho tem preprint no arxiv). mostram que, apesar do acoplamento magnetostático entre parede e nanodots alterar significativamente a morfologia das paredes de domínio do filme subjacente e de reduzir a sua mobilidade, algumas características da dinâmica da parede, como a ocorrência de creep, permanecem inalteradas. O acoplamento tem a consequência de induzir um deslocamento no ciclo de histerese da multicamada, em analogia a um sistema com exchange bias. Esses resultados são robustos em relação ao aumento da intensidade do acoplamento magnetostático (tema do segundo trabalho), o que não deixa de ser surpreendente em vista das alterações drásticas de morfologia de paredes obervadas nesse trabalho.

  1. Propagação de domínios dendríticos em um filme contínuo de Co/Pt sob rede de nanodots com 200 nm espaçados de 1000 nm. Paredes de domínio suaves se tornam altamente dendríticas devido ao forte acoplamento magnetostático com os nanodots. Imagem feita por efeito Kerr polar em microscópio de luz polarizada.

    Rede de nanodots baseada em multicamada Co/Pt. Os nanodots possuem ~200 nm de lado e são espaçados de ~200 nm. Imagem feita por SEM.

    Screen shot 2010-04-22 at 2.36.25 PM

    Simulação micromagnética feita com o software OOMMF de rede de 4 nanodots com 200 nm de lado espaçados de 200 nm.

    Simulações micromagnéticas, feitas com OOMMF, da interação entre uma parede de domínio e um par de nanodots, todos com magnetização na direção perpendicular ao plano xy.

    Imagem feita por microscopia de força magnética (MFM) de uma rede de nanodots de 200 nm separados por 1000 nm. A orientação da magnetização dos nanodots está aleatoriamente distribuída entre “up” (nanodot claro) e “down” (nanodot escuro). Vê-se claramente como a presença dos nanodots altera a morfologia da parede de domínio, prendendo-a na vizinhança dos nanodots e causando o aumento de sua rugosidade.

    Estruturas de domínio altamente dendríticas ou facetadas devido ao forte acoplamento magnetostático entre nanodots e filme subjacente. A morfologia depende da orientação da magnetização da rede de nanodots e do sentido do campo magnético aplicado para propagar as paredes de domínio. Imagens feitas por efeito Kerr polar em microscópio de luz polarizada.

     

Simulações de nanoestruturas com vórtices, e interação parede de domínio/vórtice

 

Ciclos de histerese simulados de nanofio com anisotropia uniaxial perpendicular (magnetização preferencialmente perpendicular ao fio) acoplado a disco de permalloy com vórtice. Os ciclos correspondem a diferentes polaridades do núcleo do vórtice no disco. A assimetria na histerese é resultado do acoplamento entre a parede de domínio presente no nanofio e o vórtice. Simulação feita com o software mumax3.

Evolução das magnetizações do nanofio e do disco ao longo de um ciclo de histerese. Simulação feita com o mumax3.

O controle da mobilidade de paredes de domínio em filmes magnéticos ou nanofios tem grande importância no âmbito de aplicações em sistemas de armazenamento e processamento de informação em mídias magnéticas. O uso de núcleos de vórtice como centros de pinning para paredes de domínio poderia constituir um interessante meio de controlar o posicionamento e a mobilidade de paredes em dispositivos, devido à possibilidade de se construir via técnicas de nanofabricação redes de nanodots (discos) de permalloy com estado fundamental vórtice. Simulações micromagnéticas de um disco de permalloy posicionado sobre um nanofio com magnetização perpendicular mostram que a parede de domínio que se desloca ao longo do nanofio durante a reversão de sua magnetização se acopla magnetostaticamente ao núcleo do vórtice presente no disco. Além disso, há um acoplamento magnetostático significativo entre as componentes planares do campo magnetostático gerado pela parede e do vórtice no disco. Isso dá origem a um cenário complexo de acoplamento entre as magnetizações do disco e do nanofio, com consequente assimetria no seu ciclo de histerese. Mais detalhes no artigo (preprint disponível no arxiv).

 

Simulações de nanoestuturas magnéticas contendo skyrmions

Skyrmions são estruturas magnéticas ditas topológicas que surgem em nanoestruturas sob certas combinações de campo aplicado, anisotropia, interação de Dzialoshinskii-Moriya. Desde o início da década de 2010, vêm recebendo enorme atenção da comunidade devido à sua grande mobilidade sob corrente polarizada em spin, o que os posiciona como fortes candidatos a bits em dispositivos de armazenamento e processamento de informação. A compreensão das condições em que os skyrmions se formam e establizam em nanoestruturas é fundamental para aplicações. Estudamos através de simulações micromagnéticas as condições de estabilidade de skyrmions em discos de cobalto com diversos diâmetros e à temperatura ambiente, construindo diagramas de fase que indicam as combinações de constantes de anisotropia uniaxial e de interação de Dzyaloshinskii-Moriya. Além disso, estabelecemos valores críticos de campo magnético e de corrente polarizada em spin nos quais o skyrmios é destruído. Mais detalhes no artigo (preprint disponível no arxiv).

Diagrama de fase simulado de um disco de cobalto com 2 nm de espessura e 64 nm de diâmetro, mostrando o número de skyrmion (escala de cores) para vários valores de constante de anisotropia uniaxial (Ku) e constante de Dzyaloshinskii-Moriya (Dex) à temperatura nula (0 K), campo magnético e corrente nulos. A região vermelha indica a presença de um skyrmion estável no disco. Simulação feita com o software mumax3.

Diagrama de fase simulado do mesmo disco, à temperatura ambiente (300 K), campo magnético e corrente nulos. A região vermelha indica a presença de um skyrmion estável no disco. Simulação feita com o software mumax3.

Snapshot de um skyrmion de Néel num disco de cobalto com 2 nm de espessura e 64 nm de diâmetro. T = 300K.

Transição de vórtice (número de skyrmion, Sk, ~0) para skyrmion (Sk ~ 1) em função da constante de anisotropia uniaxial em disco de cobalto com 2 nm de espessura e 128 nm de diâmetro, e constante de Dzyaloshinskii-Moriya nula. Simulação feita com o software mumax3.

 

 

CV e lista de publicações completa disponíveis no meu currículo Lattes.