Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-04-12T23:44:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao.pdf: 11565559 bytes, checksum: 0c8fc9e5398c5417a887a52e38d46553 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-12T23:44:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao.pdf: 11565559 bytes, checksum: 0c8fc9e5398c5417a887a52e38d46553 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O grafeno, um material bidimensional a base de carbono, tem propriedades físicas muito interessantes e vem despertando enorme curiosidade científica e tecnológica desde sua recente descoberta experimental em 2004. Vários trabalhos têm apontado as diversas possibilidades de aplicações do grafeno em novos dispositivos, demonstrando a capacidade de se controlar o transporte neste material através da aplicação de campos externos e/ou dopagem. Especial atenção é dada à possibilidade de usar grafeno como base para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos, que aproveitam tanto o transporte de carga quanto de spin eletrônico. Várias características spintrônicas de sistemas mesoscópicos estão relacionados à interação spin-órbita. Como ela é relativamente pequena nos átomos de carbono, muitos trabalhos vêm sendo realizados a fim de se obter uma maneira de aumentar sua intensidade no grafeno - como, por exemplo, através da adsorção de impurezas na superfície do grafeno. O objetivo deste trabalho é estudar o transporte de carga e spin em nanofitas de carbono. Estamos interessados no transporte dentro do regime de resposta linear através dessas nanoestruturas de grafeno na presença de desordem com ou sem acoplamento spin-órbita. Utilizamos modelos efetivos para a adsorção das impurezas, e o formalismo de Landauer para calcular a condutância dos diversos sistemas propostos. Para isso, obtivemos analiticamente as funções de Green de nanofitas de grafeno semi-infinitas de borda armchair, que serviram como contatos para as amostras com defeitos e impurezas adsorvidas. As funções de Green dos condutores centrais foram obtidas tanto por inversão direta do hamiltoniano como de maneira recursiva. Este último m´etodo otimiza o cálculo numérico e viabiliza-o para amostras relativamente grandes, com milhares de átomos. Estudamos os efeitos de uma única impureza que adsorve tipicamente no topo de um carbono sobre as propriedades de transporte, e investigamos as implicações de uma distribuição de impurezas que adsorvem no centro do hexágono e que podem induzir acoplamento spin-órbita em nanofitas de grafeno. Examinamos ainda as consequências de constrições de bordas nas nanofitas. Obtivemos a distribuição espacial de corrente elétrica através da região central do condutor, que permite uma melhor visualização dos efeitos destas dopagens e imperfeições. Quando o acoplamento spin-órbita se torna relevante, a distribuição espacial da corrente para cada direção de spin revela como a corrente se redistribui pela fita e qual o seu grau de polarização de spins. Em particular, mostramos que, em energias associadas ao primeiro platô da condutância, a corrente elétrica flui pelas bordas da tira com polarização total de spins (cada borda polarizada em uma direção). Este comportamento é semelhante aos isolantes topológicos e apresenta um grande potencial para uso em tecnologias futuras. / Graphene, a two-dimensional carbon-based material, has very interesting physical properties and has attracted huge scientific and technological curiosity since its recent experimental discovery in 2004. Several studies have pointed out the various possibilities for applications of graphene on new devices by demonstrating the ability to control the transport in this material by the application of external and/or doping field. Special attention is given to the possibility of using graphene as the basis for the development of spintronic devices, which benefit both charge transport as the spin transport. Several features of mesoscopic spintronic systems are related to the spin-orbit interaction. Since it is relatively small in carbon atoms, several studies have been conducted in order to obtain a way to increase it in graphene - as an example, by adsorption of impurities on the graphene surface. The aim of this work is to study the charge and spin transport in carbon nanoribbons. We are interested in transport within the linear response regime through these graphenebased nanostructures in the presence of disorder with or without spin-orbit coupling. We used effective models for the adatom adsorption, and Landauer formalism for calculating the conductance of the various proposed systems. For this, we obtained analytically the Green’s functions of semi-infinite graphene nanoribbons with armchair edge, which served as contacts for samples with defects and adatom adsorbed. The Green’s functions of the central conductors were obtained either by direct inversion of the Hamiltonian as recursively. The latter method optimizes the numerical calculation and enables it to relatively large samples, with thousands of atoms. We studied the effects of a single adatom which typically adsorbs on top of a carbon on the transport properties, and we investigated the implications of a distribution of adatom which adsorb on the center of the hexagon e can induce spin-orbit coupling in graphene nanoribbons. Further we examined the consequences of edge constrictions in nanoribbons. We obtained the spatial distribution of electric current through the central device, which allows us a better visualization of the effects of these imperfections and doping. When the spin-orbit coupling becomes relevant, the spatial distribution of current for each spin direction reveals how the current is redistributed in the strip and what is your spin polarization degree. In particular, we showed that, associated with the first conductance plateau energy, electric current flows through the edges of the strip with full spin polarization (each edge polarized in one direction). This behaviour is similar to those of the topological insulators, and has great potential for use in future technologies.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work we present the results of a systematic study of the stability, and the electronic, stuctural and magnetic properties of graphene nanoribbons doped with Ni (Ni/GNR) and Mn (Mn/GNR), through ab initio density functional theory (DFT) calculations. Further, we analyse the electronic transport properties through the non-equilibrium Greens functions formalism (NEGF) coupled with DFT. The electronics and energetics of Si graphene-like monolayers and nanoribbons have also been studied. We determined the possible configurations of a Ni atom both adsorbed and substitutional in GNRs with zigzag edges. We show that the Ni atoms adsorb on the edges of the GNRs. This configuration is seen to be 0.3 eV lower in energy that the adsorption at the midlle of the GNR. The magnetic moments at the carbon atoms change due to the presence of the Ni, decreasing rapidly as the distance of the Ni atom decrease, recovering the value of the ideal GNR at 9 °A from the Ni atom. We obtained Ni d-levels inside a 1.0 eV energy window around the Fermi energy, leading to spin-dependent charge transport in the Ni/GNR. For the case of two Ni atoms adsorbed at the different edges of the GNR s, the antiferromagnetic coupling between both Ni atoms is energetically favored. For the case of the substitucional Ni atom, the edge position is also the energeticaly favored. It gives place to a spin-dependent charge transport, and suggest the use of these materials for spintronic devices. For the Mn doping in zigzag and armchair nanoribbons, it is shown that the edge site are the energetically favorable for adsorbed and substitucional Mn atoms. For the adsorbed Mn dimers, our calculations show that the sites along the border of the GNRs are the most stables ones. The distance between two Mn atoms of the adsorbed Mn2 is shorter than that for the isolated Mn2 molecule. For the zigzag nanoribbons, the magnetic moment of the Mn2 is not affected by magnetic state of the substrate, with the ground state being antiferromagnetic. The dimer/GNR configurations, Mn2/ferro A and Mn2/ferro F, show different elecrtonic properties. The Mn2/ferro A is seen to be semiconductor, while the Mn2/ferro F is semi-mettalic. These properties point to two interesting consequences: (i) the use of these systems as nanomemories, with the reading process made by measure of the electronic current through the nanoribbons and (ii) a spin-polarized current through the Mn2/GNR, with the control of the magnetization of the dimers. Finally, are show that H-passivate diamond-like Si monolayer and nanoribbons are semiconducting with low formation energies. Similarly to graphene, the non-H passivated Si monolayers, both planar and buckled, present linear dispersion of the ¼/¼¤ levels that cross at the Fermi energy. / Apresentamos neste trabalho os resultados do estudo sistemático da estabilidade energética e das propriedades estruturais, magnéticas e eletrônicas de nanofitas de grafeno (GNR) dopadas com Ni (Ni/GNR) e Mn (Mn/GNR), utilizando cálculos ab initio, realizados por meio da teoria do funcional da densidade (DFT). Também avaliamos as propriedades de transporte eletrônico dos sistemas por meio da metodologia de funções de Green fora do equilíbrio (NEGF), associadas a DFT. As propriedades eletrônicas, energéticas e magnéticas de monocamadas de Si, assim como de nanofitas de Si saturadas com H foram também estudadas. Avaliamos as configurações do átomo de Ni adsorvido e substitucional nas GNRs com bordas em formato zigzag. Nós obtivemos que os átomos de Ni adsorvem sobre as bordas da GNR, com uma diferença energética de aproximadamente 0.3 eV, quando comparadas com a adsorção no meio da nanofita. Os momentos magnéticos sobre os átomos de carbono da borda da nanofita se alteram pela presença do átomo de Ni, decrescendo rapidamente á medida que se aproximam do síıtio do Ni e recuperando os valores da nanofita pura a 9°A do átomo de Ni. Nós obtivemos estados d do Ni dentro de uma janela de energia de 1 eV acima e abaixo da energia de Fermi, os quais dão origem a um transporte de carga dependente do spin. Quando dois átomos de Ni são adsorvidos em bordas diferentes, a configuração com acoplamento antiferromagnetico entre os átomos de Ni é mais estável. O Ni substitucional na borda da nanofita é previsto como o sétio energeticamente mais favorável. Neste caso também obtivemos um transporte de carga dependente do spin, o que sugere a possibilidade de construção de dispositivos de filtro de spin baseados em GNRs com átomos de Ni adsorvidos ou substitucionais. Estudamos ainda a dopagem da GNR com Mn, onde foram consideradas as nanofitas com bordas zigzag e armchair. Em todas as nanofitas avaliadas, o Mn atômico apresenta maior estabilidade energética nos sítios junto à borda destas nanofitas. O mesmo se dá para as configurações com o Mn substitucional na nanofita. Para os d´ımeros de Mn adsorvidos sobre as nanofitas de carbono, nossos resultados revelam que existe uma preferência energética para os dímeros sobre sítios ao longo da borda das nanofitas. Nas configurações mais estáveis, os dímeros de Mn apresentam uma redução na distância de equilíbrio quando comparados ao Mn2 isolado. Para as nanofitas zigzag o estado da agnetização do dímero de Mn não é afetada pelo estado ferro F ou ferro A do substrato. Para ambas as configurações, o dímero de Mn na configuração antiferromagnética (AF) é o mais estável. As configurações dímero/nanofita: Mn2/ferro A e as Mn2/ferro F, apresentam propriedades eletrônicas distintas, sendo a primeira semicondutora (mantendo a característica eletrônica da nanofita ferro A não dopada), enquanto a última resulta semi-metálica. Estas propriedades eletrônicas apontam para duas consequências interessantes (i) o uso destes sistemas como nanomemórias, com um processo de leitura por meio da medida da corrente eletrônica através das nanofitas, e (ii) a obtenção de uma corrente com polarização de spin ao longo dos sistemas Mn2/nanofitas, através do controle da magnetização dos dímeros de Mn. Mostramos ainda que a monocamada e as nanofitas de Si passivadas com H, tipo diamante, são semicondutoras e apresentam uma reduzida energia de formação. De modo semelhante ao grafeno, a monocamada de Si não passivada planar e corrugada, apresenta dispersão linear dos níveis ¼/¼¤ que cruzam a energia de Fermi. A nanofita zigzag é obtida com os mesmos estados magnéticos da nanofita de grafeno correspondente.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-08T13:54:44Z No. of bitstreams: 1 evertonluizmartinsdapaixao.pdf: 7260792 bytes, checksum: 8a1a1accd3cfb65d925f1429e761f688 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T19:03:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 evertonluizmartinsdapaixao.pdf: 7260792 bytes, checksum: 8a1a1accd3cfb65d925f1429e761f688 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T19:03:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 evertonluizmartinsdapaixao.pdf: 7260792 bytes, checksum: 8a1a1accd3cfb65d925f1429e761f688 (MD5) Previous issue date: 2013-04-19 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho usamos o método de Monte Carlo Metropolis aplicado em sistemas magnéticos para estudar nanoestruturas como nanodiscos e nanofios de Permalloy. Dividimos em duas partes. Primeiramente, estudou-se o comportamento do núcleo do vórtice rodeado por anéis de impurezas em nanodiscos de permalloy. Variamos o raio e a espessura dos anéis e medimos o limite do campo aplicado para que o núcleo do vórtice passe através destes anéis. Em segundo lugar, temos estudado os estados fundamentais (de menor energia) para nanofios para uma pequena região do espaço de fase. Podemos identificar as configurações de rotação associadas a estes estados. / In this work we have used Monte Carlo Metropolis method applied in magnetic systems to study nanostructures like permalloy nanodisks and nanowires. We divided it in two parts. First, we have studied the behavior of the vortex core surrounded by rings of the impurities in permalloy nanodisks. We have varied the radius and the thickness of the rings and we measure the limit of the applied field for that the vortex core passes through the ring. Second, we have studied the ground states (lowest-energy state) for nanowires to a small region of the phase space. We can identify the spin configurations associated to the these states.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2018-08-22T15:35:41Z No. of bitstreams: 1 evertonluizmartinsdapaixao.pdf: 15592539 bytes, checksum: 3e2c3d43b62b9fa0edea517213c63a12 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-09-03T16:33:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 evertonluizmartinsdapaixao.pdf: 15592539 bytes, checksum: 3e2c3d43b62b9fa0edea517213c63a12 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-03T16:33:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 evertonluizmartinsdapaixao.pdf: 15592539 bytes, checksum: 3e2c3d43b62b9fa0edea517213c63a12 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Entender e controlar o movimento de parede de domínio em nanofios é extremamente im-portante para o desenvolvimento de novas tecnologias para a aplicação em dispositivos de ar-mazenamento de dados. É conhecido que defeitos como entalhes ("notches") em nanofios são úteis para fixar paredes de domínio. No entanto, a intensidade de potencial de aprisionamento gerado com esse tipo de defeito é muito forte, e para desprender a parede de domínio é ne-cessário aplicar uma densidade de corrente muito elevada. Entretanto, pode-se criar armadilhas para paredes de domínios variando localmente propriedades magnéticas do nanofio, tais como: tais como constante de troca, magnetização de saturação, constante de anisotropia, parâmetro de amortecimento de Gilbert. Definimos essas regiões como impurezas magnéticas por ter propriedades magnéticas diferentes do nanofio. Neste trabalho, realizamos simulações micro-magnéticas para investigar a dinâmica de uma parede de domínio transversal (PDT) aprisionada em um defeito magnético usando pulsos de corrente elétrica polarizada em spin. Afim de criar armadilhas de aprisionamento para a PDT, consideramos um modelo de impureza magnética variando localmente a constante de troca. Ao ajustar o potencial de interação entre impure-zas magnéticas e uma PDT, verificamos que pulsos de corrente de baixa intensidade e de curta duração são capazes de desprender a PDT. Por fim, demonstramos que é possível controlar a posição de uma PDT aplicando pulsos de corrente sequenciais em uma nanofita contendo uma distribuição linear de impurezas magnéticas igualmente espaçadas. / Understand and control the domain wall movement in nanowires is extremely important for the development of new technologies for an application in data storage devices. It is known that defect as notches in nanowires are useful to pinning domain walls. Nevertheless, the pinning potential intensity generated by this type of defect is strong, and for depinning the domain wall it is necessary to apply a high current density. However, it is possible to create traps for domains walls by locally varying magnetic properties of the nanowire, such as: the exchange constant, saturation magnetization, anisotropy constant, Gilbert damping parameters. We define those regions as magnetic impurities once their magnetic properties differ from the nanowire proper-ties. In this study, we realized micromagnetic simulations in order to investigate the dynamics of a transverse domain wall (TDW) trapped in a magnetic defect using electric current pulses of spin-polarized. In order to create traps to TDW pinning, we have modeled the magnetic impurities by varying the exchange constant locally. When we adjusted the interaction poten-tial between the magnetic impurities and the nanowire we showed that low intensity and short duration current pulses are capable of depinning the TDW. At last, we demonstrated that it is possible to control the TDW position applying sequential current pulses in a nanowire planar containing a linear distribution of magnetic impurities equally distributed.