Estudo de sistemas magnéticos nanoestruturados via simulação computacional, com aplicação em dispositivos de memórias magnetorresistivas

• Autor(a) principal: Gomes, Josiel Carlos de Souza
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14020
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA; Sistemas magneticos nanoestruturados; Matriz de nano-elipses; MRAM de três terminais; Skyrmions; Equação de Landau-Lifshitz-Gilber; Simulação micromagnética

Sistemas magnéticos nanoestruturados possuem propriedades que são estendida a inúmeras aplicações tecnológicas, como mídia de gravação magnética de alta densidade, memória de ´ acesso aleatório magnetorresistiva, dispositivos de processamento de dados, etc. Existe uma ´ crescente demanda por meios de gravação cada vez mais rápidos e de alta capacidade de arma- ´ zenamento, o que tem impulsionado não apenas o estudo de fabricação de sistemas magn ˜ eticos ´ nano-estruturados, como também a evolução de técnicas experimentais para medir suas propriedades. Estas nanoestruturas podem ser fabricadas em diversos formatos, usando materiais magnéticos como cobalto ou liga de Permalloy. Dependendo do material, da forma e do ta- ´ manho da amostra, elas podem exibir diferentes regiões de domínio. Estas regiões de domínio definem os bits de informação em possíveis dispositivos de memória. Desse modo, conhecer o ´ comportamento dinâmico dessas regiões de domínio e imprescindível. Vários dispositivos de memória spintronicos usam nanopartículas magnéticas planares de ´ domínio único como c ´ células unit árias. Nesta tese apresentaremos tr ´ es propostas para dispositivos de memória. Na primeira parte deste trabalho realizamos simulações computacionais ˜ micromagneticas para investigar interações dipolo-dipolo interpartíıculas em matrizes de nanoelipses de domínio único feitas de Permalloy. Respeitando um determinado limite de tamanho ´ e razao de aspecto, o estado remanescente de uma nano-elipse feita de Permalloy pode ser de ˜ um domínio único e quase uniforme, devido ´ a anisotropia de forma. Existem dois sentidos ao ` longo do eixo maior da elipse em que a magnetização pode apontar (estados degenerados), que ˜ definem um bit de informação. A magnetização˜ e alternada aplicando um campo magnético ´ perpendicular ao eixo fácil de magnetização. Neste estudo envolvendo matriz de nano-elipses, ˜ a variação˜ e introduzida n ´ ao apenas na razão de aspecto e no espaçamento entre elipses, mas ˜ também na distribuição de magnetização para cada elipse e no tipo de rede 2D. Para peque- ˜ nos valores do espaçamento entre elipses, eles interagem fortemente, de modo que a anisotropia de forma e localmente modificada pela distribuição da magnetização. Avaliamos então o ˜ espaçamento mínimo entre as partículas nas quais as nano-elipses de domínio único se tornam ´ um sistema magnético n ´ ao interagente. Este tipo de amostra pode ser aplicado em dispositivos ˜ de memoria tipo “Toggle MRAM”, de modo entender e controlar a comutação da magnetização de nano-elipses magnéticas ´ e extremamente importante. ´ Na segunda etapa, consideramos uma parede de domínio transversal em um nanofio de Permalloy, fixada por defeitos geométricas denominados “anti-notches”. Devido ´ a anisotro- ` pia de forma, estes “anti-notches” possuem carater atrativo. Desse modo, investigar atrav ´ es de ´ simulação computacional a interação desta parede do dom ˜ ´ınio com o defeito geometrico e, por ´ ser um dispositivo finito, os efeitos de borda pelos quais essa parede sofre, e o primeiro passo ´ para este estudo. Configurações que possuem geometrias suficientemente pequenas, mas magneticamente estáveis, permitem que essa amostra seja usada em um dispositivo de tr ´ es terminais. ˆ As paredes de domínio transversais comportam-se como quasipartıculas que se movimentam rapidamente de um “anti-notch” para outro mediante a pulsos de corrente elétrica muito curtos ´ aplicados paralelamente ao eixo fácil do nanofio. A rápida estabilização da parede do domínio, com estados de magnetizac¸ao bem definidos, permite a medic¸ ˜ ao de alto sinal magnetoresistivo ˜ por uma juncão t ˜ unel magn ´ etica e indica o dispositivo proposto como uma promissora c ´ elula de ´ memoria de acesso aleat ´ orio magnetoresistivo. ´ Na terceira e ultima etapa consideramos a dinâmica de skyrmions em nanofitas compos- ˆ tas por multicamadas de Co/Pt. Assim como na etapa anterior, precisamos entender e controlar através de simulaçãoo micromagnetica esta quasipart ´ ´ıcula que se movimenta mediante a` aplicação de corrente elétrica aplicada paralelamente ao eixo maior da nanofita. Durante seu ´ movimento, e possível observar o efeito Hall de skyrmion, mapeando sua posição em cada ˜ passo computacional. Por se tratar de um assunto novo para o grupo, observar resultados obtidos que são bastante conhecidos na literatura e poder reproduzi-los utilizando nosso programa, ˜ demonstra confiabilidade de nosso codigo. Propusemos o uso de um trilho de impurezas, com- ´ binado com alteração do par ˜ ametro da interacão Dzyaloshinskii-Moriya, a fim de cancelar a ˜ deflexão do skyrmion enquanto se movimenta. Consideramos como impureza uma variação local das propriedades magneticas. Foi possível obter configurac¸oes nas quais podemos observar ˜ o cancelamento total do efeito Hall de skymion. Fizemos também um mapeamento da carga ´ topologica do skyrmion durante seu deslocamento para garantirmos que nossa quasipartcula continue mantendo suas propriedades topologicas. Acreditamos que os resultados aqui apre- ´ sentados possuem uma potencial aplicação tecnológica em futuros dispositivos de memória.