O objetivo deste trabalho foi o estudo do íon Fe3+ em monocristais e fibras monocristalinas de LiNbO3, através da técnica espectroscópica da Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), nas freqüências de 10 e 34GHz, à temperatura ambiente. O Hamiltoniano de Spin para o íon Fe3+ ocupando um sítio de simetria trigonal (C3v) é dado por: H = \'beta\' \'VET.H\' \'VET.g\' \'VET.S\' + \'B20O20+B40O40 . Foram analisadas três amostras de LiNbO3, com diferentes concentrações de Fe3+ e os parâmetros de campo cristalino e fator-g encontrados são: fibra (0.3 mol% de Fe3+) g = 1.9908 \'+OU-\' 0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.2x10-2 cm-1 , \'B. SUP. 0 INF. 4\' = -7.7\'+OU-\'1.5x10-5cm-1, monocristal 90 (0.22 mol%) g = 2.0043\'+OU-\'0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.35\'+OU-\'0.25x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\'= - 4.03\'+OU-\'1.4x10-5cm-1, monocristal 99 (0.02 mol%) g = 2.0026\'+OU-\'0.0004, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.3x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\' = - 8.33\'+OU-\'1.6x10-5cm-1. Foi medida e analisada a dependência angular da largura das linhas nas duas bandas de freqüências. Através de modelos teóricos (Watanabe, Orbach-Das-Sharma, Spinspin, Spin-spin Spin-órbita) calculamos o parâmetro de desdobramento a campo zero, \'B. SUP. 0 INF. 2\', do estado fundamental do íon Fe3+, para determinar qual o sítio que este íon ocupa no LiNbO3. / We report EPR measurements of Fe3+ ion in bulk LiNbO3 single crystals and in the form of fibers. Spin Hamiltonian for the Fe3+ ion in a trigonal symmetry (C3v) site is given by: H = \'beta\' \'VET.H\' \'VET.g\' \'VET.S\' + \'B20O20+B40O40. Measurements were performed at room temperature and two frequency bands, 10 and 34GHz, using three samples of LiNbO3 with different concentrations of Fe3+ g-factor and the crystal field parameters were found to be: for fiber (0.3 mol% of Fe3+) g = 1.9908 \'+OU-\' 0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.2x10-2 cm-1 , \'B. SUP. 0 INF. 4\' = -7.7\'+OU-\'1.5x10-5cm-1, for the single crystal 90 (0.22 mol%) g = 2.0043\'+OU-\'0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.35\'+OU \'0.25x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\'= - 4.03\'+OU-\'1.4x10-5 cm-1, and for the single crystal 99 (0.02 mol%) g = 2.0026\'+OU-\'0.0004, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.3x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\' = - 8.33\'+OU-\'1.6x10-5cm-1. The angular dependence of the line width were also measured and compared with theoretical model. To determine the substitutional site of Fe3+ ion in the LiNbO3 lattice, we calculated the zero field splitting parameter \'B. SUP. 0 INF. 2\' of the ground state, using many theoretical models (Watanabe, Orbach-Das-Sharma, Spin-spin, Spin-Spin Spinorbita).

O objetivo deste trabalho foi o estudo do íon Fe3+ em monocristais e fibras monocristalinas de LiNbO3, através da técnica espectroscópica da Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), nas freqüências de 10 e 34GHz, à temperatura ambiente. O Hamiltoniano de Spin para o íon Fe3+ ocupando um sítio de simetria trigonal (C3v) é dado por: H = \'beta\' \'VET.H\' \'VET.g\' \'VET.S\' + \'B20O20+B40O40 . Foram analisadas três amostras de LiNbO3, com diferentes concentrações de Fe3+ e os parâmetros de campo cristalino e fator-g encontrados são: fibra (0.3 mol% de Fe3+) g = 1.9908 \'+OU-\' 0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.2x10-2 cm-1 , \'B. SUP. 0 INF. 4\' = -7.7\'+OU-\'1.5x10-5cm-1, monocristal 90 (0.22 mol%) g = 2.0043\'+OU-\'0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.35\'+OU-\'0.25x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\'= - 4.03\'+OU-\'1.4x10-5cm-1, monocristal 99 (0.02 mol%) g = 2.0026\'+OU-\'0.0004, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.3x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\' = - 8.33\'+OU-\'1.6x10-5cm-1. Foi medida e analisada a dependência angular da largura das linhas nas duas bandas de freqüências. Através de modelos teóricos (Watanabe, Orbach-Das-Sharma, Spinspin, Spin-spin Spin-órbita) calculamos o parâmetro de desdobramento a campo zero, \'B. SUP. 0 INF. 2\', do estado fundamental do íon Fe3+, para determinar qual o sítio que este íon ocupa no LiNbO3. / We report EPR measurements of Fe3+ ion in bulk LiNbO3 single crystals and in the form of fibers. Spin Hamiltonian for the Fe3+ ion in a trigonal symmetry (C3v) site is given by: H = \'beta\' \'VET.H\' \'VET.g\' \'VET.S\' + \'B20O20+B40O40. Measurements were performed at room temperature and two frequency bands, 10 and 34GHz, using three samples of LiNbO3 with different concentrations of Fe3+ g-factor and the crystal field parameters were found to be: for fiber (0.3 mol% of Fe3+) g = 1.9908 \'+OU-\' 0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.2x10-2 cm-1 , \'B. SUP. 0 INF. 4\' = -7.7\'+OU-\'1.5x10-5cm-1, for the single crystal 90 (0.22 mol%) g = 2.0043\'+OU-\'0.0002, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.35\'+OU \'0.25x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\'= - 4.03\'+OU-\'1.4x10-5 cm-1, and for the single crystal 99 (0.02 mol%) g = 2.0026\'+OU-\'0.0004, \'B. SUP. 0 INF. 2\' = 5.4\'+OU-\'0.3x10-2 cm-1, \'B. SUP. 0 INF. 4\' = - 8.33\'+OU-\'1.6x10-5cm-1. The angular dependence of the line width were also measured and compared with theoretical model. To determine the substitutional site of Fe3+ ion in the LiNbO3 lattice, we calculated the zero field splitting parameter \'B. SUP. 0 INF. 2\' of the ground state, using many theoretical models (Watanabe, Orbach-Das-Sharma, Spin-spin, Spin-Spin Spinorbita).

Este trabalho introduz uma nova discretização da banda de condução no método de Grupo de Renormalização Numérico. Com essa técnica, a susceptibilidade magnética do modelo de Anderson de duas impurezas, no limite Kondo, e calculada. Como ilustração, a densidade espectral do modelo também é calculada. A nova técnica baseia-se na simetria de paridade do modelo para discretizar diferentemente à banda de condução associada a cada paridade. Sua extensão ao modelo de rede é indicada. A técnica reduz o tempo computacional e permite usar maiores valores do parâmetro de discretização do que no método tradicional. Para um mesmo tempo de cálculo, nossos resultados são muito mais precisos do que os encontrados na literatura. A susceptibilidade é calculada na aproximação de acoplamento independente da energia. Uma interação de troca, tipo RKKY, é somado ao Hamiltoniano do modelo. Para acoplamento ferromagnético, obtém-se efeito Kondo de dois estágios. O estado fundamental é singleto com defasagem de PI/2 na banda de condução. Para acoplamento antiferromagnético fraco, um efeito Kondo é obtido. Para fortes acoplamentos antiferromagnéticos, o estado fundamental e singleto sem defasagens. Um ponto fixo instável é observado separando as regiões de estado fundamental Kondo e antiferromagnético. Nesse ponto a susceptibilidade é nula e a defasagem é indefinida. / This work introduces an extension of the Numerical Renormalization Group approach to compute thermodynamically properties of impurities in metals, based on a novel logarithmic discretization of the conduction band. On the basis of the new method, the thermal dependence of the magnetic susceptibility for the Kondo limit of the two-impurity Anderson model is computed. As another illustration, the impurity spectral density for the same model is calculated analytically in the weakly correlated regime. The new approach takes advantage of the parity-inversion symmetry of the model to discretize differently the odd and the even conduction channels (for Ni impurities, the conduction band could likewise be divided into Ni channels, each of which would be discretized in a different way). The resulting mesh describes better the continuum of the conduction states than the mesh in the standard Numerical Renormalization Group method; as a consequence, the new procedure is substantially less expensive when computing any given thermodynamical property with a given accuracy, thus we are able to compute the temperature dependence of the magnetic susceptibility with a small fraction of the effort involved in the recently reported computation of the ground state properties for the two impurity Kondo model. As in previous Renormalization Group work, the model Hamiltonian is diagonalized within the energy-independent coupling approximation. One well-known shortcoming of this approximation is its inability to generate antiferromagnetic RKKY couplings between the impurities; to compensate, again following previous work; we have added to the Hamiltonian an artificial exchange coupling Io. For weak antiferromagnetic or ferromagnetic couplings, the effective magnetic moment of the impurities decreases with temperature, and as in the one-impurity Kondo effect, the ground-state conduction band is phase shifted by PI /2. For strong ferromagnetic coupling, the Kondo effect takes place in two stages, one for each conduction channel. For strong antiferromagnetic coupling, the magnetic moment also decreases, rapidly, with temperature, but the ground state conduction-band phase shift is zero. The regions of zero and PI /2 ground-state phase shifts are separated by an unstable fixed point. At this point, the magnetic susceptibility vanishes.

Este trabalho estuda o modelo de Falicov e Kimball com duas impurezas. O modelo consiste de um metal com duas impurezas separadas por uma distância R, cada uma das quais é representada por um único nível eletrônico. Um acoplamento V permite transferência de carga entre cada impureza e a banda de condução do metal. Além disso, cada impureza introduz um potencial espalhador G cuja intensidade depende da ocupação do seu nível, assim simulando a interação eletrostática entre um buraco na impureza e os elétrons de condução. Esta dissertação diagonaliza o Hamiltoniano do modelo pelo método do grupo de renormalização numérico. Dá-se atenção à possível equivalência entre este modelo (desprovido de spin) e o modelo de Kondo para duas impurezas. Discute-se em particular essa equivalência para R=0 e para R= INFINITO. Para R finito, apenas um primeiro passo na direção de se estabelecer a equivalência é dado: obtém-se uma expressão analítica para a taxa de transição eletrônica entre os níveis das impurezas e a banda de condução. / In this work, the two-impurity Falicov-Kimball model is studied. The model consists of a metal containing two impurities separated by a distance R, each represented by a single electronic level. A coupling V allows charge transfer between each impurity and the conduction band. In addition, each impurity scatters the conduction electrons with a localized potential G whose intensity depends on the occupancy of the impurity level; this mimics the Coulomb attraction between na impurity hole and the conduction band. This dissertation diagonalizes the model Hamiltonian with the numerical renormalization group method. In two special limits, R=0 and R=INFINITO, the equivalence between the (spinless) Falicov-Kimball model and the two-impurity Kondo model is discussed. For other impurity separations, only a first step torwards establishing that equivalence is taken: na analytical expression for the electronic transition rate between the impurity levels and the conduction states is obtained.

Este trabalho estuda o modelo de Falicov e Kimball com duas impurezas. O modelo consiste de um metal com duas impurezas separadas por uma distância R, cada uma das quais é representada por um único nível eletrônico. Um acoplamento V permite transferência de carga entre cada impureza e a banda de condução do metal. Além disso, cada impureza introduz um potencial espalhador G cuja intensidade depende da ocupação do seu nível, assim simulando a interação eletrostática entre um buraco na impureza e os elétrons de condução. Esta dissertação diagonaliza o Hamiltoniano do modelo pelo método do grupo de renormalização numérico. Dá-se atenção à possível equivalência entre este modelo (desprovido de spin) e o modelo de Kondo para duas impurezas. Discute-se em particular essa equivalência para R=0 e para R= INFINITO. Para R finito, apenas um primeiro passo na direção de se estabelecer a equivalência é dado: obtém-se uma expressão analítica para a taxa de transição eletrônica entre os níveis das impurezas e a banda de condução. / In this work, the two-impurity Falicov-Kimball model is studied. The model consists of a metal containing two impurities separated by a distance R, each represented by a single electronic level. A coupling V allows charge transfer between each impurity and the conduction band. In addition, each impurity scatters the conduction electrons with a localized potential G whose intensity depends on the occupancy of the impurity level; this mimics the Coulomb attraction between na impurity hole and the conduction band. This dissertation diagonalizes the model Hamiltonian with the numerical renormalization group method. In two special limits, R=0 and R=INFINITO, the equivalence between the (spinless) Falicov-Kimball model and the two-impurity Kondo model is discussed. For other impurity separations, only a first step torwards establishing that equivalence is taken: na analytical expression for the electronic transition rate between the impurity levels and the conduction states is obtained.

Este trabalho introduz uma nova discretização da banda de condução no método de Grupo de Renormalização Numérico. Com essa técnica, a susceptibilidade magnética do modelo de Anderson de duas impurezas, no limite Kondo, e calculada. Como ilustração, a densidade espectral do modelo também é calculada. A nova técnica baseia-se na simetria de paridade do modelo para discretizar diferentemente à banda de condução associada a cada paridade. Sua extensão ao modelo de rede é indicada. A técnica reduz o tempo computacional e permite usar maiores valores do parâmetro de discretização do que no método tradicional. Para um mesmo tempo de cálculo, nossos resultados são muito mais precisos do que os encontrados na literatura. A susceptibilidade é calculada na aproximação de acoplamento independente da energia. Uma interação de troca, tipo RKKY, é somado ao Hamiltoniano do modelo. Para acoplamento ferromagnético, obtém-se efeito Kondo de dois estágios. O estado fundamental é singleto com defasagem de PI/2 na banda de condução. Para acoplamento antiferromagnético fraco, um efeito Kondo é obtido. Para fortes acoplamentos antiferromagnéticos, o estado fundamental e singleto sem defasagens. Um ponto fixo instável é observado separando as regiões de estado fundamental Kondo e antiferromagnético. Nesse ponto a susceptibilidade é nula e a defasagem é indefinida. / This work introduces an extension of the Numerical Renormalization Group approach to compute thermodynamically properties of impurities in metals, based on a novel logarithmic discretization of the conduction band. On the basis of the new method, the thermal dependence of the magnetic susceptibility for the Kondo limit of the two-impurity Anderson model is computed. As another illustration, the impurity spectral density for the same model is calculated analytically in the weakly correlated regime. The new approach takes advantage of the parity-inversion symmetry of the model to discretize differently the odd and the even conduction channels (for Ni impurities, the conduction band could likewise be divided into Ni channels, each of which would be discretized in a different way). The resulting mesh describes better the continuum of the conduction states than the mesh in the standard Numerical Renormalization Group method; as a consequence, the new procedure is substantially less expensive when computing any given thermodynamical property with a given accuracy, thus we are able to compute the temperature dependence of the magnetic susceptibility with a small fraction of the effort involved in the recently reported computation of the ground state properties for the two impurity Kondo model. As in previous Renormalization Group work, the model Hamiltonian is diagonalized within the energy-independent coupling approximation. One well-known shortcoming of this approximation is its inability to generate antiferromagnetic RKKY couplings between the impurities; to compensate, again following previous work; we have added to the Hamiltonian an artificial exchange coupling Io. For weak antiferromagnetic or ferromagnetic couplings, the effective magnetic moment of the impurities decreases with temperature, and as in the one-impurity Kondo effect, the ground-state conduction band is phase shifted by PI /2. For strong ferromagnetic coupling, the Kondo effect takes place in two stages, one for each conduction channel. For strong antiferromagnetic coupling, the magnetic moment also decreases, rapidly, with temperature, but the ground state conduction-band phase shift is zero. The regions of zero and PI /2 ground-state phase shifts are separated by an unstable fixed point. At this point, the magnetic susceptibility vanishes.

Dans cette thèse, je me suis principalement intéressé aux effets liés aux impuretés magnétiques dans les métaux et supraconducteurs. Dans le premier chapitre je présenterai l’effet Kondo, celui-ci se produit lorsqu’une impureté magnétique présente un couplage antiferromagnétique avec le métal qu’elle pollue. Les électrons forment alors, à suffisamment basse température, un nuage écrantant le magnétisme de l’impureté. Le deuxième chapitre portera sur les états de Yu-Shiba-Rusinov produits par des impuretés magnétiques dans un supraconducteur. Dans ce cas, l’impureté brise localement l’ordre supraconducteur et un état quantique est crée à l’intérieur du gap.Certains matériaux dits topologiques peuvent comporter des états quantiques protégés à leurs bords contre les perturbations extérieures. Dans les deux derniers chapitres, je présenterai les propriétés des supraconducteurs topologiques et leurs états de bords. Dans le troisième chapitre je présenterai les différentes phases topologiques que peut comporter un supraconducteur avec un paramètre d’ordre complexe mélangeant ondes p et s en présence d’un champ Zeeman. Dans le quatrième et dernier chapitre je présenterai une étude des états de bords que peut comporter ce type de supraconducteurs. / In this thesis, I was mainly interested in the effects related to magnetic impurities in metals and superconductors.In the first chapter I will present the Kondo effect, this effect occurs when a magnetic impurity exhibits an antiferromagnetic coupling with the metal that it pollutes. The electrons then form, at a sufficiently low temperature, a cloud screening the magnetism of the impurity. The second chapter will focus on the states of Yu-Shiba-Rusinov products by magnetic impurities in a superconductor. In this case, the impurity locally breaks the superconducting order and a quantum state is created inside the gap.Some so-called topological materials may include quantum states protected at their edges against external perturbations. In the last two chapters, I will present the properties of topological superconductors and their edge states. In the third chapter I will present the different topological phases that can include a superconductor with a parameter of complex order mixing waves p and s in the presence of a Zeeman field.In the fourth and last chapter I will present a study of the states of edge that may include this type of superconductors.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-10T13:25:41Z No. of bitstreams: 1 andersonliradesalessantos.pdf: 15105576 bytes, checksum: 64b0938ed4211d7b4d1f253445ad7b79 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Favor verificar se Araújo não tem acento: Membro da banca: Araujo, Clodoaldo Irineu Levartoski de on 2018-01-23T11:47:06Z (GMT) / Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-23T13:11:26Z No. of bitstreams: 1 andersonliradesalessantos.pdf: 15105576 bytes, checksum: 64b0938ed4211d7b4d1f253445ad7b79 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-23T13:15:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 andersonliradesalessantos.pdf: 15105576 bytes, checksum: 64b0938ed4211d7b4d1f253445ad7b79 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T13:15:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andersonliradesalessantos.pdf: 15105576 bytes, checksum: 64b0938ed4211d7b4d1f253445ad7b79 (MD5) Previous issue date: 2017-08-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O estudo da dinâmica das paredes de domínio em uma nanofita magnética tem atraído um grande interesse por conta das suas importantes aplicações tecnológicas em mídias magnéticas e memória RAM (Random Access Memory). Para determinadas geometrias e tamanhos, a nanofita magnética apresenta paredes de domínio magnético tipo transversal ou vórtice, que com a aplicação de uma força externa podem ser transportadas para diferentes regiões da nanofita sem perder suas propriedades magnéticas. Neste trabalho, estudamos a influência de uma fita de impureza magnética sobre a dinâmica de uma parede de domínio transversal (PDT) em uma nanofita magnética de Permalloy-79 (Ni79Fe21), via simulação computacional. A PDT émovida com a aplicação de uma corrente de spin polarizada na direção do eixo da nanofita. Nas nossas simulações, as nanofitas são modeladas por uma hamiltoniana que leva em consideração a interação de curto (troca) e longo (dipolar) alcance dos momentos magnéticos. A dinâmica do sistema éregida pela equação de Landau-Lifshitz-Gilbert com o termo da corrente de spin. Nós calculamos a energia de interação entre a PDT e a fita de impureza, e variando a intensidade da corrente de spin, determinamos o valor mínimo da corrente necessária para “arrancar”a PDT da fita de impureza. Mostramos que este valor mínimo depende, principalmente, da largura da nanofita e da constante de troca J' entre o material da nanofita e o da impureza. Este estudo tem grande importância para aplicações tecnológicas que utilizam o movimento da parede de domínio. / The study of the dynamics of domain wall in magnetic nanowires have attracted a vast interest because of their important technological applications in magnetic media and MRAM’s (Random Access Memory). For certain geometries and sizes, magnetic nanowires present transverse domain walls or vortex domain walls, which with the application of an ex-ternal field can be transported to different regions of the nanowire without losing its magnetic properties. In this work, we have studied the influence of a cluster of magnetic impurities on the transverse domain wall (TDW) dynamics in a magnetic nanowires of Permalloy-79 (Ni79Fe21) using numerical simulations. The TDW is driven by the application of a spin polarized current in the direction of the nanowires axes. In our simulations, the nanowires are modeled by a Hamiltonian that takes into account the short (exchange) and long (dipolar) range interactions of magnetic moments. The dynamics of the system is governed by the Landau-Lifshitz-Gilbert equations with spin current term. We have studied the interaction potential between the TDW and the cluster, and by varying the applied spin current, we can determine the minimum value of the current necessary to depin the domain wall of the cluster. We have shown that this minimum value depends on the width of the nanowire and the exchange constant J' between the material of the nanowire and the impurity. The present study is of the great significance for technological applications that use movement of domain walls.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-31T14:30:36Z No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T02:58:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T02:58:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) Previous issue date: 2013-12-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O entendimento dos processos que envolvem a magnetização de ferromagnetos torna-se cada vez mais necessário frente às recentes aplicações tecnológicas em mídias magnéticas, cabeças de leitura e escrita e MRAMs. O estudo de nanofios magnéticos revela a presença de paredes de domínios do tipo vórtice ou transversal que podem ser transportadas para diferentes regiões sem deformação, tendo assim um grande potencial para aplicações tecnológicas. A manipulação da parede de domínio no nanofio é feita através da aplicação de campos magnéticos ou correntes de spin-polarizado. Controlar o movimento das paredes de domínio nos nanofios magnéticos é fundamental a sua aplicabilidade em tecnologias de memórias e dispositivos lógicos. Neste trabalho, usando simulações numéricas, apresentamos um estudo da dinâmica da parede de domínio transversal “head-to-head” em nanofios magnéticos de Permalloy-79. Em nossas simulações os nanofios são modelados por uma hamiltoniana que leva em consideração a interação de troca e a interação dipolar, e a dinâmica do sistema é regida pelas equações de Landau-Lifshitz-Gilbert. A parede de domínio se move sob a ação de pulsos de campo magnético aplicado na direção do eixo do nanofio. Desta forma, analisamos a influência da espessura e largura do nanofio e da amplitude de campo magnético no valor da velocidade da parede de domínio. Propomos a inclusão de uma impureza magnética pela alteração da constante de troca J para J0 entre o sítio com a impureza magnética e seus vizinhos. A impureza magnética pode se comportar como um sítio de aprisionamento da parede de domínio ou como um sítio de espalhamento, dependendo da variação da constante de troca J0 em relação ao seu valor de referência J. Este comportamento pode ser de grande interesse no controle da posição da parede de domínio. Estudamos o comportamento do potencial de interação entre a impureza e a parede de domínio. Variando-se a posição da impureza percebemos que a energia de interação aumenta quando ela se encontra próxima ao polo sul da parede de domínio transversal, favorecendo o aprisionamento ou a repulsão da parede. Observamos que a impureza magnética afeta a velocidade da parede de domínio. Realizamos um estudo sobre o campo magnético necessário para a liberação de uma parede de domínio que se encontra aprisionada em uma impureza magnética. Estabelecemos uma relação entre este campo magnético e a largura do nanofio. Observamos também que sob a aplicação de um pulso de campo magnético acima do campo de Walker, a parede de domínio pode inverter sua polaridade ao atingir a impureza e inverter o sentido de sua propagação. Nossos resultados mostram que uma potencial aplicação tecnológica em dispositivos de memória pode ser o uso de impurezas magnéticas inseridas litograficamente em nanofios magnéticos para o controle da posição das paredes de domínio. / The understanding of the processes involving the magnetization of ferromagnets becomes increasingly necessary in the face of recent technological applications in magnetic media, reading and writing heads and MRAMs. The study of magnetic nanowires reveals the presence of vortex domain walls or transverse domain walls that can be transported to different regions without deformation, generating a great potential for technological application. The domain wall manipulation in the nanowire is made by applying a magnetic field or spin-polarized current. Controlling the movement of domain walls in magnetic nanowires is fundamental to its applicability in memory technologies and logic devices. In this work, using numerical simulations, we present a study of the dynamics of the “head-to-head” transverse domain wall in magnetic nanowires made of Permalloy-79. In the simulations the nanowires are modeled by a Hamiltonian that takes into account the exchange interaction and dipolar interaction and the dynamics of the system is governed by Landau-Lifshitz-Gilbert equations. The domain wall moves under the influence of pulses of magnetic field. Thus, we analyzed the influence of the thickness and width of the nanowire and the amplitude of the magnetic field in the domain wall velocity. We propose the inclusion of a magnetic impurity by changing the exchange constant J to J0 between a site with impurity and its neighbors. The magnetic impurity can behave like a pinning or scattering site to the domain wall depending on the variation of the exchange constant J0 in relation to the value of reference J. This behavior can be of great interest to control the position of the domain wall. We studied the behavior of the interaction potential between impurity and domain wall. Varying the position of the impurity we observed that the interaction energy increases when it is near to the south pole of the domain wall favoring the pinning or scattering of the wall. We observed that the magnetic impurity affects the domain wall velocity. We performed a study of the magnetic field required for depinning the domain wall which is pinned to a magnetic impurity. We established a relation between the depinning magnetic field and the width of the nanowire. We also observed that under the influence of a pulse of magnetic field above the Walker field the domain wall can reverse its polarity when achieving attractive impurity and reverse the direction of propagation. We believe that a potential technological application in memory devices can be the use of magnetic impurities lithographically inserted in magnetic nanowires to control the positions of the domain walls.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-08T19:22:26Z No. of bitstreams: 1 danilotoscano.pdf: 27568683 bytes, checksum: f844e19659c551e6e7a4e5b53adf1497 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T20:13:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 danilotoscano.pdf: 27568683 bytes, checksum: f844e19659c551e6e7a4e5b53adf1497 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T20:13:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 danilotoscano.pdf: 27568683 bytes, checksum: f844e19659c551e6e7a4e5b53adf1497 (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Durante as últimas décadas a dinâmica da magnetização em sistemas nano-estruturados tornou-se um assunto de importância fundamental não apenas para o Micromagnetismo, mas também às suas aplicações tecnológicas. Nanomagnetos são sistemas interessantes para estudar estruturas magnéticas exóticas, tais como vórtices, skyrmions e paredes de domínio. A compreensão das propriedades estáticas e dinâmicas dessas configurações de spins em nano-escala é um requerimento crucial para a realização de futuros dispositivos baseados em spintrônica. Devido à anisotropia de forma que se origina da interação dipolar, as configurações magnéticas que surgem em sistemas nano-estruturados são bastante sensíveis à forma geométrica e às dimensões do nanomagneto. Este trabalho é focado no estudo de nanomagnetos planares, nos formatos de disco e fita, feitos com um material magnético macio como o Permalloy. O vórtice magnético é observado num nanodisco com dimensões adequadas, porque ele é um estado intermediário entre os regimes de mono e multi-domínio. Sob condições apropriadas, uma única parede de domínio transversal pode ser experimentalmente injetada num nanofio retangular. Tanto o núcleo do vórtice quanto a parede de domínio comportam-se como quasipartículas, cujas propriedades podem ser manipuladas por um agente externo (campo magnético ou corrente de spin-polarizado). Para pequenas amplitudes de excitação, é sabido que o núcleo do vórtice descreve um movimento circular (modo girotrópico), enquanto que a parede de domínio transversal fica restrita a um movimento unidimensional. Neste regime, cada quasipartícula evolui sem mudar a sua polaridade; uma propriedade estrutural associada a um estado duplamente degenerado. Para uma amplitude de excitação forte o suficiente, a quasipartícula sofre uma deformação na sua estrutura, tal que a ocorre a inversão da polaridade. Do ponto de vista tecnológico, o controle do mecanismo de reversão da polaridade é fundamental, porque essa degenerescência de dois estados pode funcionar como "zero"ou "um", sendo útil para codificar informação no armazenamento de dados ou mesmo para realizar operações lógicas. Alguns trabalhos reportaram que nanomagnetos contendo defeitos podem influenciar ou modificar fortemente a dinâmica da quasipartícula. Imperfeições são geradas durante o processo de fabricação dos nanomagnetos, ou então elas podem ser intencionalmente incorporadas para uma finalidade específica. Como exemplo, a fim de controlar o movimento da parede de domínio é muito importante impor determinadas posições ao longo do nanofio onde a parede possa parar. Há várias maneiras de se estabelecer tais pontos críticos para a quasipartícula. Variações na geometria do nanomagneto, cavidades, entalhes e assim por diante podem ser classificadas como defeitos não-magnéticos. Em geral, esse tipo de defeito funciona como um centro atrator para a quasipartícula. Um defeito magnético surge a partir de uma falta de homogeneidade do meio magnético, ou seja, uma variação local das propriedades magnéticas. Num trabalho anterior, nosso grupo modelou uma impureza magnética como uma variação local da constante de troca. Como um resultado imediato da inserção de uma impureza magnética no nanomagneto, demonstramos via simulações numéricas, que impurezas magnéticas podem induzir dois tipos de armadilhas para a quasipartícula: uma redução local da constante de troca corresponde a um sítio de aprisionamento (poço de potencial), enquanto que um aumento local da constante de troca representa um sítio de bloqueio (barreira de potencial). Esta tese investiga a dinâmica da quasipartícula confinada por uma distribuição de impurezas magnéticas: para o caso do núcleo do vórtice considerou-se um anel de impurezas, concêntrico ao nanodisco; para o caso da parede de domínio foi considerado dois aglomerados de impurezas, idênticos e equidistantes do eixo da largura do nanofio. Os resultados obtidos para o nanodisco modificado mostraram que é possível modular a frequência girotrópica do núcleo do vórtice, que depende fortemente da razão de aspecto do disco (espessura/diâmetro). Num disco com o anel de impurezas, um ajuste fino na frequência girotrópica pode ser obtido pela variação dos parâmetros do anel. Além disso, foi observado que a inversão da polaridade do núcleo do vórtice pode ocorrer devido à interação entre o núcleo do vórtice com o anel; a reversão da polaridade num disco com o anel requer amplitudes de excitação menores do que aquelas requeridas no disco sem o anel. Os resultados obtidos para o nanofio modificado indicaram que é possível controlar posição da parede de domínio transversal; a parede pode ser de movida de um aglomerado até o outro pela simples inversão do sentido do campo magnético aplicado. A reversão da polaridade da parede de domínio transversal também foi investigada e o uso dessa distribuição de impurezas mostrou-se útil para estabilizar o movimento da parede que ocorre após a inversão da polaridade; assim a mudança da polaridade ocorre de uma forma rápida e reversível. Como um exemplo de aplicação desse nanofio modificado, propomos o seu uso como uma célula num dispositivo de memória não-volátil, que usa 2 bits por célula; ou seja, a informação pode ser armazenada tanto na posição quanto na polaridade da parede de domínio transversal. Embora os resultados apresentados aqui sejam para simples distribuições de impurezas magnéticas acreditamos que as suas consequências possam ser planejadas e estendidas para o desenvolvimento e realização de futuros dispositivos. / During the last decades the magnetization dynamics in nanostructured systems has become a subject of relevance from fundamental micromagnetism as well as for their new potential technological applications. Nanomagnets are interesting systems to study exotic magnetic structures like vortices, skyrmions and domain walls. The detailed understanding of the static and dynamic properties of these nanoscale spin configurations is a crucial requirement for the realization of future spintronic device. Due to the shape anisotropy that originates from dipolar interaction, the magnetic configurations that emerge in nanostructured systems are very sensitive to the geometric form and dimensions of the nanomagnet. This work is focused on the study of planar nanomagnets, in the formats of disk and strip, made of a soft magnetic material like Permalloy. The magnetic vortex is observed in a nanodisk with appropriate dimensions, because it is an intermediate state between the mono and multi-domain regimes. Under suitable conditions, a single transverse domain wall can be experimentally injected into a rectangular nanowire. Both the vortex core and the wall behaves as a quasiparticle, whose the properties can be manipulated by an external agent (magnetic field or spin polarized current). At low excitation amplitudes, it is known that the vortex describes a circular movement, whereas the wall is restricted to an unidirectional movement. In this regime, each quasiparticle evolves without changing its polarity; a structural property associated with a two-fold degenerate state. For an excitation amplitude strong enough, the quasiparticle experiences a deformation on its structure so that, it occurs the switching of the polarity. From the technological point of view, the control of the polarity reversing mechanism is fundamental, because this two-fold degeneracy can work as "zero"or "one", being useful to encode information for data storage or even to perform logical operations. Some works reported that nanomagnets containing defects can influence or modify strongly the dynamic of the quasiparticle. Imperfections are generated during the fabrication process of the nanomagnets or else they can be intentionally incorporated for a specific purpose. As an example, in order to control the domain wall motion it is very important to impose certain positions along the nanowire where the wall can stop. There are several means of establishing such critical points for the quasiparticle. Variations of geometry, cavities, notches, and so on can be classified as non-magnetic defects. Generally, this type of defect acts as a pinning site for the quasiparticle. A magnetic defect emerges from an inhomogeneity of the magnetic environment, in other words, a local variation of the magnetic properties. In a previous study, our team has modeled a magnetic impurity as a local variation of the exchange constant. As an immediate result of the insertion of a magnetic impurity into a nanomagnet, we have demonstrated via numerical simulations that magnetic impurities can induce two types of traps for the quasiparticle: a local reduction of the exchange constant corresponds to a pinning site (potential well), whereas a local increase of the exchange constant represents a blocking site (potential barrier). This thesis investigates the dynamic of the quasiparticle confined by a distribution of magnetic impurities: for the case of the vortex core it has been considered a ring of impurities, concentric to the nanodisk; and for the case of the domain wall it has been considered two clusters of impurities, identical and equidistant from the nanowire width axis. The found results for the modified nanodisk have shown that it is possible to modulate the gyrotropic frequency that depends strongly on the disk aspect ratio (thickness/diameter). In a disk with the ring of magnetic impurities, a fine tuning of the gyrotropic frequency can be obtained by varying of the ring parameters. Furthermore, it was found that the polarity switching of the vortex core can occur due to the interaction between the vortex core and the ring; the polarity reversing in a disk with a ring requires smaller excitation amplitudes than the disk without the ring does. The found results for the nanowire have indicated that it is possible to control the transverse domain wall position; the wall can be moved from a cluster to the other by simply reversing of the magnetic field direction. The switching of the transverse domain wall polarity was also investigated and the use of this impurity distribution demonstrated to be useful to stabilize the motion wall motion after occurring polarity reversal; thus the changing of the polarity occurs in a fast and reversible way. As an example of the application of this modified nanowire, we propose its use as a cell in a nonvolatile memory device based on 2 bits per cell, in other words, the information can be encoded in the position as well as the polarity of the transverse domain wall. Although the results presented here are for a very simple distribution of magnetic impurities, we believe their consequences can be planned and extended for the design and realization of future devices.