Doctor en Ciencias, Mención Física / Los materiales ferromagnéticos a escala nanométrica pueden ser manipulados mediante torques por transferencia de espín y/o campos magnéticos oscilatorios. El torque por transferencia de espín es el resultado de la interacción entre los espines de un material ferromagnético y los espines de una corriente eléctrica que fluye por él. El objetivo de la presente tesis es investigar las dinámicas de la magnetización inducidas mediante torques por transferencia de espín y campos magnéticos oscilatorios. En el primer capítulo se exponen la motivación del presente estudio, los objetivos y los principales resultados. Los capítulos dos y tres de este trabajo introducen la descripción micromagnética de la magnetización y los conceptos y métodos de la física no lineal, respectivamente. En el cuarto capítulo se motivan y discuten de manera general los resultados de la presente investigación, mientras que el quinto capítulo presenta las conclusiones generales de la tesis. Los cinco capítulos siguientes (apéndices A, B, C, D y E) presentan los detalles de nuestros resultados, en formato de publicación. En el Capítulo A, se describen estados tipo patrón de la magnetización inducidos mediante torques por transferencia de espín. Estas texturas, periódicas en el espacio, son descritas mediante ecuaciones para las envolventes de los modos críticos. En el Capítulo B, se estudia la equivalencia entre el efecto de torque por transferencia de espín y los sistemas macroscópicos con inyección de energía modulada en el tiempo. En particular se demuestra que un ferromagneto forzado mediante torques por transferencia de espín exhibe los mismos estados que un medio ferromagnético rotado mecánicamente. Empleando esta equivalencia, se logra predecir texturas tales como patrones y estados localizados. En el Capítulo C, se analizan los efectos de una corriente de espín-polarizado alternante en la dinámica de la magnetización. Como resultado de este estudio, se demuestra analítica y numéricamente la existencia de una resonancia sub-armónica, y se comprueba numéricamente la emergencia de estados similares a ondas de Faraday y solitones. En el Capítulo D, se estudian sistemas macroscópicos en presencia de un forzamiento que oscila en el tiempo. Mediante un modelo fenomenológico para la envolvente de las oscilaciones, se predice y caracteriza un nuevo tipo de estado fuera del equilibrio, este es un pulso que se propaga sobre fondos periódicos. Estas soluciones se caracterizan por un incremento localizado y viajero de la amplitud del estado patrón que las soporta. Se determina que el mecanismo mediante el cual emergen los pulsos es una inestabilidad de Andronov-Hopf sub-crítica. Estos comportamientos son estudiados en un hilo magnético forzado por un campo magnético que oscila en el tiempo. En el Capítulo E, se estudian oscilaciones de patrones bidimensionales, inducidas mediante torques por transferencia de espín. Se comprueba numéricamente que los mecanismos que originan las oscilaciones son una bifurcación homoclina y una inestabilidad de Andronov-Hopf. Finalmente, el Apéndice F presenta dos actas de conferencia con resultados complementarios desarrollados en la tesis.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ClaudionorGB_capa_ate_pag106.pdf: 4838802 bytes, checksum: f466b094fdd0062406ecc2cba033657c (MD5) Previous issue date: 1999-11-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Neste trabalho investigamos estruturas magn?ticas que apresentam as chamadas desordens determin?sticas. Especificamente, sistemas de super-redes magn?ticas e filmes finos magn?ticos que s?o constru?dos obedecendo ?s sequ?ncias quasi peri?dicas de Fibonacci, per?odo duplo, Thue-Morse e Rudin-Shapiro. O principal interesse de nosso estudo foi investigar o efeito da quasiperiodicidade nas propriedades f?sicas dos sistemas citados acima. No caso das super-redes magn?ticas quasiperi?dicas , mostramos o efeito da quasiperiodicidade nas bandas de volume atrav?s do espectro de ondas de spin. Entre estes efeitos destacamos: (i) a localiza??o das bandas de volume que, no limite de altas gera??es das v?rias sequ?ncias, se tornam conjuntos de Cantor; (ii) as leis de escala entre a largura total das bandas de volume e o n?mero de camadas que comp?em a c?lula unit?ria; e (iii) o comportamento multifractal das bandas de volume evidenciado pelo aspectro de singularidades f (?) . No caso dos filmes finos magn?ticos quasiperi?dicos, podemos destacar dois efeitos: (i) o surgimento de novas fases magn?ticas que n?o est?o presentes quando o arranjo ? peri?dico; e (ii) a depend?ncia da autosimilaridade das curvas de magnetoresist?ncia na intensidade relativa do acoplamento biquadr?tico. Neste ?ltimo ponto em particular, o padr?o autosimilar da magnetoresist?ncia, no que chamamos v?lvulas de spin quasiperi?dicas, origina patamares definidos de magnetoresist?ncia que podem ser de interesse tecnol?gico em sistemas de leitura e grava??o magn?ticos

Sistema de baixa dimensionalidade tÃm atraÃdo uma grande atenÃÃo ultimamente devido a sistemas como grafeno e nanotubos de carbono. Tais sistemas tÃm grandes possibilidades de aplicaÃÃes tecnolÃgicas, em particular na criaÃÃo de dispositivos eletrÃnicos, devido Ãs suas propriedades eletrÃnicas especÃficas. Nesse sentido, o estudos de outros sistemas em baixa dimensÃo se torna urgente. Mais especificamente, o estudo de propriedades magnÃticas de materiais de materiais em baixa dimensionalidade tambÃm trÃs grandes novidades no comportamento de sistemas ferromagnÃticos. O comportamento de ondas de spin em tais sistemas pode ser para o estudo da spintrÃnica e o desenvolvimento de novos aparelhos e memÃrias magnÃticas. Dessa forma temos como objetivo nesse trabalho estudar o comportamento de ondas de spin em sistemas bidimensionais ferromagnÃticos. Por sistemas bidimensionais consideramos aqui redes bidimensionais decoradas. As decoraÃÃes sÃo introduzidas para gerar redes com mais de um Ãtomo na base da cÃlula unitÃria da rede para estudarmos a riqueza do espectro das ondas de spin devido a essas modificaÃÃes. A princÃpio tratamos com uma superposiÃÃo de redes quadradas onde o deslocamento dessas redes depende dos parÃmetros de controle α e β. TambÃm usamos a superposiÃÃo de um rede quadrada sobre um hexagonal / Low-dimensional systems have attracted much attention lately due to systems such as graphene and carbon nanotubes. Such systems have great potential for technological applications. In particular the creation of electronic devices due to their specific electronic properties. In this sense , the study of other systems in low dimension becomes urgent. More specifically , the study of magnetic properties of materials at low dimensionality also brings great new features in the behavior of ferromagnetic systems . The behavior of spin waves in such systems may be important to the study of spintronic and the development of new devices and magnetic memories . Thus in this work we aim to study the behavior of ferromagnetic spin waves in two-dimensional systems . For two-dimensional systems we consider here two-dimensional networks decorated . The decorations are introduced to generate networks with more than one basic atom in the unit cell of the system to study the richness of the spectrum of spin waves due to these changes . At first deal with a superimposition of square networks where the displacement of these networks depends on the control parameters alpha and beta . We also use the superposition of a square on a hexagonal network.

O formalismo matemático da teoria das ondas de spin é analisado. A equivalência entre as transformações de Dyson-Malleev e Holstein-Pr imakoff é demonstrada. Os problemas envolvendo a interação cinemática são discutidos em detalhe. Uma nova divisão do Hamiltoniano de Heisenberg, desenvolvida no espaço de configuração, é usada para estudar a interação dinâmica entre as ondas de spin a baixa temperatura e para grandes valores do número quântico de spin S. Assumindo que a restrição cinemática pode ser neglicenciada, a expansão da energia livre é desenvolvida em potências da temperatura e os resultados estão em acordo com os de Dyson. A relevância da aproximação diagonal de Mattis é demonstrada. Usando o método da positividade por reflexão, limites superiores e inferiores para a contribuição da energia livre são encontrados. Dentro de certa aproximação, estes limites significam que a interação dinâmica pode ser neglicenciada caso o inverso da temperatura (=1/KT), eo número quântico de spin S, forem grandes o suficiente, porém com dependente de S nestas estimativas. Este fato, que não ocorre no limite clássico, é uma característica na região das ondas de spin. / The mathematical formalismo f the spin wave theory is analysed. The thermodynamical equivalence between the Dyson-Malleev and Holstein-Primakoff transformations is proved. The problems involving the kinematical interaction are also discussed in detail. A new splitting of the Heisenberg Hamiltonian, perfomed in configuration space, is used to study the spin wave dynamical interaction at low temperature and for large values of the spin quantum number S. Assuming the the kinematical restriction may be lifted, a low temperature espansion of the free energy is developed with results in agreement with Dysons. The relevance of the Mattis diagonal approximation for the dynamical interaction is demonstrated. Using the method of reflection positivity, upper and lower bounds to the contribuition of the dynamical interaction to the free energy are provided. In a certain approximation, these bounds mean that the dynamical interaction may be dropped IF the inverse temperature (=1/KT) and the spin quantum number S are large enough but depends on S in the estimates, a novel feature wich does not occur in the classical limit but is characteristic of the spin-wave limit.

Orientadores: Roberto Luzzi, Áurea Rosas Vasconcellos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-10-31T13:25:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vannucchi_FabioStucchi_D.pdf: 4583166 bytes, checksum: 8617f375a632ae1e33b0c986862ea535 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma teoria sobre a termodinâmica de não-equilíbrio de mágnons excitados por fonte externa e em contato com um banho térmico. A teoria é aplicada ao recém observado acúmulo de mágnons nos estados de mínima freqüência em experimentos com filmes finos magnetizados de granada de ferro-ítrio afastados do equilíbrio via fonte de radiação de microondas. Seguindo um formalismo de ensembles estatísticos de não-equilíbrio, a partir do hamiltoniano do sistema magnético são obtidas as equações de evolução para as variáveis termodinâ­micas. Entre estas equações, as que descrevem a evolução das populações médias de mágnons são estudadas em detalhe e atenção especial é dada às contribuições não- lineares. Mostra-se que, por um lado, o termo não-linear proveniente da interação do sistema magnético com a rede cristalina transfere energia das populações dos modos de alta freqüência para os de baixa, gerando um acúmulo nos modos de mínima fre­qüência - o Efeito Fröhlich. Por outro lado, a interação mágnon-mágnon origina uma contribuição à evolução das populações que tende a termalizar o sistema em termos de uma temperatura de não-equilíbrio. É ainda utilizada uma ¿modelagem de dois flui­dos¿, em que as equações cinéticas das populações de mágnons associadas a todos os modos são contraídas em apenas duas, que representa os modos de mínima freqüência e aqueles alimentados. Esta modelagem permite estudar quantitativamente a evolução temporal do sistema via integração numérica. Constata-se que, para um determinado intervalo de taxas de alimentação, forma-se o condensado devido ao Efeito Fröhlich. Para valores mais altos da potência da fonte de alimentação, a contribuição devido à interação entre mágnons torna-se dominante e a formação do condensado é inibida. Por fim, os diversos processos de relaxação do condensado para o equilíbrio são investigados em função do valor da fonte externa do sistema / Abstract: The purpose of this work is to develop a nonequilibrium thermodynamic theory on rnagnons excited by an external pumping source embedded in a thermal bath. This the­ory is applied to the recently observed experiments with magnetic thin films of yttrium iron garnet driven out of equilibrium through microwave radiation pumping. Resorting to a Non-Equilibrium Statistical Ensemble Formalism, the evolution equations for the magnon populations are obtained and studied. The nonlinear contribution arising out of the spin-lattice interaction transfers the energy in excess of equilibrium from the pumped frequency modes to the lower frequency ones, and, in a cascade down process, occurs a large grow in the magnon populations of the lowest in frequency modes - a phenomenon we call Frohlich Effect. In opposition to this contribution, there is anot her one, generated by the magnon-magnon interaction, that tends to lead the system to a state of internal nonequilibrium thermalization. We introduce a modeling consisting in a kind of ¿two-fluid model", in which the kinetic equations for the magnon populations are contracted in only two, representing the modes lowest in frequency and the ones that are pumped by the external source. A quantitative study is performed through numerical integration of the two related evolution equations. The emergence of the condensate, due to the Frohlich Effect, is evidenced for a range of source power. For higher feeding taxes, the contribution originated by the magnon-magnon interaction becomes dominant and the emergence of the condensate is inhibited. Finally, the sev­eral relaxation processes in the condensate leading to equilibrium are analyzed in terms of the source power / Doutorado / Física Estatistica e Termodinamica / Doutor em Ciências

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Um formalismo da funÃÃo de Green à usado para calcular o espectro de excitaÃÃes associadas com uma impureza magnÃtica localizada intersticialmente em diferentes estruturas ferromagnÃticas descritas pelo modelo de Ising e de Heisenberg. No capÃtulo 3, descrevemos um ferromagneto de rede cÃbica simples semi-infinita atravÃs do modelo de Ising. Neste caso, as excitaÃÃes nÃo-ressonantes (isto Ã, os modos de defeito fora da regiÃo das ondas de spin de volume e de superfÃcie) e as excitaÃÃes ressonantes (os modos de defeito dentro da regiÃo das ondas de spin de volume) sÃo calculadas numericamente para a fase de alta-temperatura. Duas situaÃÃes sÃo analisadas, dependendo da posiÃÃo da impureza em relaÃÃo a seus vizinhos: a impureza està na superfÃcie; a impureza està na regiÃo de volume. Nos demais capÃtulos, usamos o modelo de Heisenberg/Ising (onde passamos do modelo de Heisenberg para o de Ising atravÃs do controle de um parÃmetro) para descrever os seguintes sistemas: ferromagneto de rede quadrada infinita (capÃtulo 4), ferromagneto de rede quadrada centrada infinita (capÃtulo 5), ferromagneto de rede cÃbica de corpo centrado infinita (capÃtulo 6) e rede favo de mel infinita (capÃtulo 7), todos contendo uma impureza magnÃtica localizada intersticialmente. Nos trÃs primeiros casos, sÃo calculados apenas os modos de defeito acima da banda de volume do material puro (modos Ãpticos). No capÃtulo 7, sÃo analisados apenas os modos de defeito abaixo da banda de volume do material puro (modos acÃsticos).

Neste trabalho realizamos um estudo de um buraco em um antiferromagneto, como parte de uma revisão de diferentes técnicas de abordagem das fases de “stripes” nos cupratos supercondutores. Estudamos a transição do formalismo de “strings” para um buraco no modelo t - Jz bidimensional, onde existe uma solução analítica, para a solução de pólaron de spin no modelo t - J isotrópico através da aproximação de Born auto-consistente. A forma funcional dos picos de quase-partícula, do peso espectral e do “gap” espectral foi investigada numericamente em detalhe, em função da anisotropia magnética. O movimento de um pólaron de spin na presença de uma parede de domínio antiferromagnética (ADW) em antifase, como uma realização da configuração de “stripes” nos planos CuO dos cupratos de baixa dopagem, também foi analisada.

Neste trabalho realizamos um estudo de um buraco em um antiferromagneto, como parte de uma revisão de diferentes técnicas de abordagem das fases de “stripes” nos cupratos supercondutores. Estudamos a transição do formalismo de “strings” para um buraco no modelo t - Jz bidimensional, onde existe uma solução analítica, para a solução de pólaron de spin no modelo t - J isotrópico através da aproximação de Born auto-consistente. A forma funcional dos picos de quase-partícula, do peso espectral e do “gap” espectral foi investigada numericamente em detalhe, em função da anisotropia magnética. O movimento de um pólaron de spin na presença de uma parede de domínio antiferromagnética (ADW) em antifase, como uma realização da configuração de “stripes” nos planos CuO dos cupratos de baixa dopagem, também foi analisada.

SENA FILHO, Roberto Ferreira. Teoria microscópica de ondas de spin em nanofios magnéticos. 2007. 74 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-22T19:45:31Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_rfsenafilho.pdf: 3612063 bytes, checksum: 5cbe75be9b4bf3c77cd9b1136fad2a2a (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-22T19:46:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_rfsenafilho.pdf: 3612063 bytes, checksum: 5cbe75be9b4bf3c77cd9b1136fad2a2a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-22T19:46:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_rfsenafilho.pdf: 3612063 bytes, checksum: 5cbe75be9b4bf3c77cd9b1136fad2a2a (MD5) Previous issue date: 2007 / The dynamical behavior of spins in magnetic materials is affected by its geometry and dimensionality. One can find several new results in the literature exploiting the magnetic properties of low dimension systems with different geometries, since the development of new devices such as: nanosensors, high density magnetic storage, etc., is closely related to new geometries. In this piece of work, we study the propagation of spin waves on cylindrical magnetic nanowires described by a microscopic theory through the Heisenberg Hamiltonian, where we consider the spins fixed at the sites lattice and the transversal section of the wire is hexagonal. Our model takes into account the exchange interaction between the spins that can be ferromagnetic or antifferomagnetic, the interaction of an external field with the spins (Zeeman interaction), anisotropic interactions due to a preferred direction of magnetization, and finally dipole-dipole interactions. The spins are described by boson operators through Holstein-Primakoff representation. The equations of motion for the spins are written in terms of these operators and translational symmetry in a preferential direction allows us to calculate several excitations spectra. / O comportamento dinâmico de spins em materiais magnéticos é influenciado pela geometria que eles apresentam. Além disso, outro aspecto relevante é a dimensionalidade do sistema. Trabalhos recentes comprovam o interesse do estudo das propriedades magnéticas em sistemas de baixa dimensionalidade, que é devido em grande parte as aplicações tecnológicas, tais como: nanosensores, gravadores magnéticos de alta densidade, dispositivos magneto-eletrônicos, etc. Neste trabalho estudamos a propagação de ondas de spin em nanofios magnéticos cilíndricos, onde a abordagem é feita utilizando teoria microscópica, através do Hamiltoniano de Heisenberg, em que os spins são considerados fixos nos sítios da rede e cuja geometria da seção transversal dos cilindros é hexagonal. Entre as interações magnéticas estudadas consideramos: a interação de troca que pode ser ferromagnética se os primeiros vizinhos dos spins estão numa configuração paralela, ou antiferromagnética se estiverem antiparelelos; a interação Zeeman que é devido ao campo magnético externo aplicado ao sistema; a interação de Anisotropia, esta sendo responsável pela direção de magnetização preferida que diversos sistemas magnéticos reais apresentam e a interação dipolar de natureza magnetostática, presente em todos os materiais. O formalismo leva em consideração a dependência espacial dos spins no sistema, onde os operadores de spin do hamiltoniano são escritos em termos de operadores bosônicos de criação e aniquilação através da Representação de Holstein-Primakoff. Em seguida, aproveitando-se da simetria translacional em uma direção devido a periodicidade da rede, realizamos a transformada de Fourier para estes operadores fornecendo um sistema de equações matriciais no espaço dos vetores de onda. A partir desse sistema de equações obtemos vários espectros de excitação como: a relação de dispersão para as ondas de spin, que é o gráfico onde mostra como a frequência de ondas de spin varia em função do vetor de onda e a variação da energia do sistema com o campo aplicado.

Neste trabalho realizamos um estudo de um buraco em um antiferromagneto, como parte de uma revisão de diferentes técnicas de abordagem das fases de “stripes” nos cupratos supercondutores. Estudamos a transição do formalismo de “strings” para um buraco no modelo t - Jz bidimensional, onde existe uma solução analítica, para a solução de pólaron de spin no modelo t - J isotrópico através da aproximação de Born auto-consistente. A forma funcional dos picos de quase-partícula, do peso espectral e do “gap” espectral foi investigada numericamente em detalhe, em função da anisotropia magnética. O movimento de um pólaron de spin na presença de uma parede de domínio antiferromagnética (ADW) em antifase, como uma realização da configuração de “stripes” nos planos CuO dos cupratos de baixa dopagem, também foi analisada.