Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-08-09T23:29:40Z No. of bitstreams: 1 FranciscoCesarDeMedeirosFilho_TESE.pdf: 24414435 bytes, checksum: 73af82a726d0fb6885d3378e741837b8 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-08-15T21:41:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FranciscoCesarDeMedeirosFilho_TESE.pdf: 24414435 bytes, checksum: 73af82a726d0fb6885d3378e741837b8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-15T21:41:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoCesarDeMedeirosFilho_TESE.pdf: 24414435 bytes, checksum: 73af82a726d0fb6885d3378e741837b8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / As nanopart?culas tipo n?cleo@camada tem despertado a aten??o de v?rios pesquisadores devido a grande aplicabilidade que estas oferecem. A possibilidade de combinar diferentes funcionalidades de materiais magn?ticos as torna pe?a chave em v?rias ?reas. Como exemplo disso, existem as m?dias de grava??o em que a anisotropia eficaz da nanopart?culas ? reduzida acoplando um material magneticamente duro a um com baixa anisotropia. Nos sistemas biom?dicos, a convers?o de energia eletromagn?tica em calor tem se tornado uma poderosa t?cnica de car?ter n?o invasivo para aplica??es biotecnol?gicas, tais como vetoriza??o e libera??o controlada de f?rmacos no tratamento de doen?as. Al?m disso, esse tipo de nanoestrutura destaca-se em sensores magn?ticos, desenvolvimento de novos medicamentos e ?m?s permanentes. As nanopart?culas magn?ticas tipo n?cleo@camada s?o controladas por meio de propriedades intr?nsecas dos materiais do n?cleo e da casca bem como das intera??es entre eles, al?m dos efeitos de tamanho e geometria. Assim, foi desenvolvido nesta tese um estudo te?rico acerca da contribui??o da intera??o dipolar entre materiais de propriedades magn?ticas diferentes em nanopart?culas n?cleo@camada convencionais de geometria esf?rica. Os materiais analisados foram a CoFe2O4, MnFe2O4 e CoFe2 em v?rias combina??es e tamanhos. Os resultados apontam que o impacto do campo dipolar do n?cleo sobre a camada, faz com que a esta reverta sua magnetiza??o precocemente, antes do n?cleo, em nanopart?culas de CoFe2O4 (22nm)@ CoFe2 (2nm), causando com isso, uma diminui??o no campo coercivo de 65% em compara??o com as nanopart?culas simples de CoFe2O4 (HC=13.6 KOe) de mesmo di?metro. O formato da curva de magnetiza??o ? altamente influenciada pelos par?metros j? citados. A alta anisotropia do n?cleo em nanopart?culas convencionais torna-o uma fonte de campo dipolar est?vel sobre a camada, que varia numa escala de comprimento da ordem do raio deste n?cleo. Al?m disso, o impacto do campo dipolar ? refor?ado pelas restri??es geom?tricas e pelas propriedades magn?ticas de ambos os materiais. Em sistemas com n?cleo revestido com uma fina camada de espessura inferior ao comprimento de troca, a intera??o da interface pode prender a revers?o da camada, ocorrendo assim, uma revers?o uniforme da magnetiza??o. Contudo esse efeito s? ? pertinente nos sistemas em que os efeitos do campo dipolar s?o fracos comparados com a intera??o de troca. / Bi-magnetic core@shell nanoparticle has attracted attention several researchers because great applicability that they offer. The possibility of combining different functionalities of magnetic materials make them a key piece in many areas as in data processing permanent magnets and biomagnetics sistems. These nanoparticles are controlled by intrinsic properties of the core and shell materials as well as the interactions between them, besides size and geometry effects. Thus, it was developed in this thesis a theoretical study about dipolar interaction contribution between materials different magnetic properties in bi-magnetic core@shell nanoparticles conventional spherical geometry. The materials were analyzed CoFe2O4, MnFe2O4 e CoFe2 in various combinations and sizes. The results show that the impact of the core dipole field in the shell cause reverse magnetization early its, before of the core, in nanoparticle of CoFe2O4(22nm)@CoFe2(2nm), thereby causing a decrease coercivity field of 65% in comparection with simple nanoparticle of CoFe2O4 (HC=13.6 KOe) of same diameter. The large core anisotropy in conventional nanoparticle makes it the a stable dipolar field source in the shell, that varies length scale of the order of the core radius. Furthermore, the impact of dipolar field is greatly enhanced by the geometrical constraints and by magnetics properties of both core@shell materials. In systems with core coated with a thin shell of thickness less than the exchange length, the interaction interface can hold reversal the shell occurring an uniform magnetization reversal, however this effect only is relevant on systems where the dipole field effects is weak compared with the exchange interaction.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-07-03T14:11:16Z No. of bitstreams: 1 NathanLimaPessoa_DISSERT.pdf: 58278650 bytes, checksum: 74ce297da3955c3d60d33abf3cfeebc3 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-07-10T14:12:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 NathanLimaPessoa_DISSERT.pdf: 58278650 bytes, checksum: 74ce297da3955c3d60d33abf3cfeebc3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-10T14:12:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NathanLimaPessoa_DISSERT.pdf: 58278650 bytes, checksum: 74ce297da3955c3d60d33abf3cfeebc3 (MD5) Previous issue date: 2017-01-25 / O estudo das propriedades magn?ticas de nanoestruturas teve grandes avan?os ao longo do curso do desenvolvimento da Ci?ncia, e ainda continua sendo alvo de intensa pesquisa em F?sica nos dias atuais. Do ponto de vista te?rico, h? interesse no surgimento de novas configura??es magn?ticas em nanoelementos magn?ticos, oriundas de efeitos dipolares, em sistemas com dimens?es da ordem de dezenas do comprimento de troca. H? igualmente interesse no controle das fases magn?ticas destes sistemas para fins de aplica??es tecnol?gicas, como sensores, nano-osciladores e mem?rias magn?ticas. Motivados por trabalhos que mostram a possibilidade de confinamento de paredes de dom?nio em nanoan?is ferromagn?ticos, atrav?s de constri??es geom?tricas como defeitos e assimetrias e, tamb?m, por estudos que revelam uma depend?ncia da resist?ncia el?trica com as dimens?es de paredes de dom?nio, propomos uma nova maneira para forma??o e controle de paredes de dom?nio em nanoan?is, baseada na intera??o magn?tica dipolar em estruturas do tipo n?cleo-casca cil?ndricas. Neste trabalho, mostramos que nanoan?is de NiFe t?m seu padr?o magn?tico drasticamente modificado quando na presen?a de um nanodisco coaxial de Fe ou de NiFe. Com um nanodisco de Fe como n?cleo, ? observada a forma??o de estados com paredes de dom?nio em nanoan?is de NiFe, que apresentariam v?rtices magn?ticos quando isolados. Al?m disso, mostramos que a largura e o padr?o das paredes de dom?nio podem ser controlados pelos valores das dimens?es geom?tricas do sistema n?cleo-casca. Quando um nanodisco de NiFe ? usado, nota-se a forma??o de algumas configura??es magn?ticas em que tanto o padr?o magn?tico da casca ? influenciado pelo campo dipolar do n?cleo, como o padr?o do n?cleo ? influenciado pelo campo dipolar da casca, devido ? aus?ncia de anisotropia magn?tica do NiFe. / Nanostructured magnetic systems and their properties have gone through great achievement and still keep being focus of intense research effort nowadays. From the pure theoretical point of view, the interest focus on new magnetic phases that might emerge from dipolar effects in systems, with geometric constrictions, with dimensions of the order of tenths of fundamental magnetic lengths. There is also a large interest from the viewpoint of applications, such as magnetic sensors, nano-oscillators and new designs of magnetic memories. Motivated by recent experimental results, showing the possibility of domain wall confinement in ferromagnetic nanorings, by magnetic constrictions like notches and asymmetries, in addition to studies which reveal a strong impact of the domain wall width on the electrical resistance, we propose a new form for creating and tailoring domain walls in nanorings, by means of the magnetic dipolar interaction in cylindrical core-shell nanostructures. In this work, we show that NiFe nanorings have their magnetic pattern drastically changed when put in the presence of a coaxial Fe or NiFe nanodisk. With a Fe nanodisk as the core, we have found the formation of domain walls in NiFe nanorings that would hold magnetic vortices when isolated. Furthermore, we show that large changes in the domain wall width and domain wall patterns may be achieved by suitable choices of the core-shell geometrical dimensions. For NiFe-NiFe core-shells, we have found that the core-shell dipolar interaction affects both the core and shell phases, due to the vanishing anisotropy of NiFe.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:15:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaGDS_TESE.pdf: 10253325 bytes, checksum: a11a4b9893c49f999607f55737b5aded (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The effect of confinement on the magnetic structure of vortices of dipolar coupled ferromagnetic nanoelements is an issue of current interest, not only for academic reasons, but also for the potential impact in a number of promising applications. Most applications, such as nano-oscillators for wireless data transmission, benefit from the possibility of tailoring the vortex core magnetic pattern. We report a theoretical study of vortex nucleation in pairs of coaxial iron and Permalloy cylinders, with diameters ranging from 21nm to 150nm, and 12nm and 21nm thicknesses, separated by a non-magnetic layer. 12nm thick iron and Permalloy isolated (single) cylinders do not hold a vortex, and 21nm isolated cylinders hold a vortex. Our results indicate that one may tailor the magnetic structure of the vortices, and the relative chirality, by selecting the thickness of the non-magnetic spacer and the values of the cylinders diameters and thicknesses. Also, the dipolar interaction may induce vortex formation in pairs of 12nm thick nanocylinders and inhibit the formation of vortices in pairs of 21nm thick nanocylinders. These new phases are formed according to the value of the distance between the cylinderes. Furthermore, we show that the preparation route may control relative chirality and polarity of the vortex pair. For instance: by saturating a pair of Fe 81nm diameter, 21nm thickness cylinders, along the crystalline anisotropy direction, a pair of 36nm core diameter vortices, with same chirality and polarity is prepared. By saturating along the perpendicular direction, one prepares a 30nm diameter core vortex pair, with opposite chirality and opposite polarity. We also present a theoretical discussion of the impact of vortices on the thermal hysteresis of a pair of interface biased elliptical iron nanoelements, separated by an ultrathin nonmagnetic insulating layer. We have found that iron nanoelements exchange coupled to a noncompensated NiO substrate, display thermal hysteresis at room temperature, well below the iron Curie temperature. The thermal hysteresis consists in different sequences of magnetic states in the heating and cooling branches of a thermal loop, and originates in the thermal reduction of the interface field, and on the rearrangements of the magnetic structure at high temperatures, 5 produce by the strong dipolar coupling. The width of the thermal hysteresis varies from 500 K to 100 K for lateral dimensions of 125 nm x 65 nm and 145 nm x 65 nm. We focus on the thermal effects on two particular states: the antiparallel state, which has, at low temperatures, the interface biased nanoelement with the magnetization aligned with the interface field and the second nanoelement aligned opposite to the interface field; and in the parallel state, which has both nanoelements with the magnetization aligned with the interface field at low temperatures. We show that the dipolar interaction leads to enhanced thermal stability of the antiparallel state, and reduces the thermal stability of the parallel state. These states are the key phases in the application of pairs of ferromagnetic nanoelements, separated by a thin insulating layer, for tunneling magnetic memory cells. We have found that for a pair of 125nm x 65nm nanoelements, separated by 1.1nm, and low temperature interface field strength of 5.88kOe, the low temperature state (T = 100K) consists of a pair of nearly parallel buckle-states. This low temperature phase is kept with minor changes up to T= 249 K when the magnetization is reduced to 50% of the low temperature value due to nucleation of a vortex centered around the middle of the free surface nanoelement. By further increasing the temperature, there is another small change in the magnetization due to vortex motion. Apart from minor changes in the vortex position, the high temperature vortex state remains stable, in the cooling branch, down to low temperatures. We note that wide loop thermal hysteresis may pose limits on the design of tunneling magnetic memory cells / Os efeitos de confinamento e o forte acoplamento dipolar na estrutura de v?rtices de nano-elementos ferromagn?ticos ? um tema de interesse atual, n?o apenas pelo valor puramente acad?mico, mas tamb?m pelo impacto em grande n?mero de dispositivos da ?rea de spintr?nica. Muitos dispositivos, como nano-osciladores para transmiss?o de dados sem fio, podem tirar grande proveito da possibilidade de controlar o padr?o magn?tico do n?cleo do v?rtice magn?tico. Relatamos um estudo te?rico da nuclea??o de v?rtices em um par de cilindros coaxiais de ferro e de Permalloy, com di?metros desde 21nm at? 150nm e espessuras de 12nm e de 21nm, separados por uma fina camada n?o-magn?tica. Cilindros isolados de ferro e Permalloy com espessura de 12nm n?o permitem a forma??o de v?rtices, enquanto que cilindros de espessura de 21nm possuem v?rtices quando isolados em reman?ncia. Nossos resultados indicam que ? poss?vel controlar a estrutura magn?tica dos v?rtices, bem como a chiralidade e polaridade relativa dos dois v?rtices, pela escolha apropriada dos valores dos di?metros e da separa??o dos dois cilindros ferromagn?ticos. Dependendo do valor da separa??o entre os cilindros, a intera??o dipolar pode induzir a forma??o de v?rtices em pares de cilindros de espessura de 12nm e inibir a forma??o de v?rtices em pares de cilindros de 21nm de espessura. Al?m disso, mostramos que a rota de prepara??o do estado magn?tico em campo nulo, pode ser usada para determinar a chiralidade e polaridade relativa dos dois v?rtices. Por exemplo: partindo da satura??o da magnetiza??o de um par de cilindros de ferro com di?metro de 81nm e espessura de 21nm, na dire??o do eixo f?cil da anisotropia uniaxial do ferro, resulta um par de v?rtices com n?cleo de 36nm, mesma chiralidade e mesma polaridade. Partindo do estado saturado em uma dire??o no plano e perpendicular ao eixo de anisotropia uniaxial, resulta um par de v?rtices com n?cleo de 30nm de di?metro, com chiralidade e polaridade opostas. Relatamos tamb?m um estudo te?rico do impacto de v?rtices magn?ticos na histerese t?rmica de um par de nanoelementos el?pticos de ferro, de 10nm de espessura, separados por um espa?ador n?o-magn?tico e acoplados com um substrato antiferromagn?tico por energia de 3 troca. Nossos resultados indicam que h? histerese t?rmica em temperatura ambiente (muito menor do que a temperatura de Curie do ferro), se o substrato for uma superf?cie n?o compensada de NiO. A histerese t?rmica consiste na diferen?a da sequ?ncia de estados magn?ticos nos ramos de aquecimento e resfriamento de um ciclo t?rmico, e se origina na redu??o do valor do campo de interface em altas temperaturas, e na reestrutura??o das fases magn?ticas impostas pela intera??o dipolar forte entre os dois nanoelementos de ferro. A largura da histerese t?rmica varia entre 500K ? 100K para dimens?es laterais de 125nm x 65nm e 145nm x 65nm. Focamos nos ciclos t?rmicos de dois estados especiais: o estado antiparalelo, com o nanoelmento em contato com o substrato alinhado na dire??o do campo de interface e o outro nanoelemento alinhado em dire??o oposta; e o estado paralelo em que os dois nanoelementos est?o alinhados com o campo de interface em temperaturas baixas. Esses s?o os dois estados magn?ticos b?sicos de c?lulas de mem?rias magn?ticas de tunelamento. Mostramos que a intera??o dipolar confere estabilidade t?rmica ao estado antiparalelo e reduz a estabilidade t?rmica do estado paralelo. Al?m disso, nossos resultados indicam que um par de cilindros com dimens?es de 125nm x 65nm, separados por 1.1nm, com campo de interface de 5.88kOe em temperatura de 100K, est? no estado paralelo. Essa fase se mant?m at? 249K, quando h? uma redu??o de 50% da magnetiza??o devido ? nuclea??o de um v?rtice no nanoelemento com superf?cie livre. Pequenas varia??es da magnetiza??o, devidas ao movimento do v?rtice, s?o encontradas no ramo de aquecimento, at? 600K. O estado encontrado em 600K se mant?m ao longo do ramo de resfriamento, com pequenas mudan?as na posi??o do v?rtice. A exist?ncia de histerese t?rmica pode ser um s?rio limite de viabilidade de mem?rias magn?ticas de tunelamento