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Simulação micromagnética de arranjos hexagonais de nanocascas de Ni e CoYUSET, Guerra Dávila 30 July 2015 (has links)
Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-02-26T16:02:09Z
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Previous issue date: 2015-07-30 / CNPq / Neste trabalho foram estudados os efeitos da espessura em arranjos hexagonais de 100 nanocascas
de Níquel (Ni) e Cobalto (Co). O estudo foi feito por simulação micromagnética utilizando
Object Oriented Micro Magnetism Framework (OOMMF) baseado no método de diferenças
finitas (MDF). As nanocascas têm um raio exterior fixo Re = 20nm e a espessura ReRi foi
variada de acordo com a razão e = Ri=Re onde Ri é raio interior, com 0 e 0:8. Para simular
os ciclos de histerese e a reversão da magnetização assumimos que as cascas estão unidas. Além
disso, se considerou ligação por interação de troca e contribuição magnetocristalina. No caso do
Ni esta contribuição é cúbica com direções de anisotropia ao longo do eixo X, Y e Z e uniaxial
no caso do Co com a direção fácil ao longo do eixo Z. Também incluímos interação Zeeman ao
incidir um campo magnético externo e a contribuição magnetostática (desmagnetização). Não se
consideram efeitos térmicos nas simulações. Para o Ni, os ciclos de histereses obtidos com o
campo aplicado paralelo ao plano, mostraram que com a diminuição da espessura da casca o
campo coercitivo diminui. Os valores da coercividade obtidos (61:9230:8Oe) são maiores que
os reportados para o Ni bulk (0:7Oe) e para cascas de Ni de tamanho sub-micrométrico (32:3Oe).
Por outro lado verificamos que se encontram no intervalo dos valores reportados para pós de
esferas ocas de Ni (102Oe) e também para arranjos de esferas ocas de tamanho nanométrico
(104Oe). O aumento da coercividade para o arranjo de esferas ocas pode ser associado à sua
estrutura. Assim, a resposta magnética deve ser dominada pela anisotropia de forma. Isto foi
comprovado pela elevada remanência reduzida obtida (0:8), que é característico de uma direção
de fácil magnetização. Para o Co os ciclos de histerese são abertos na região de baixos campos
(< 2500Oe), o que foi reportado para cadeias de esferas ocas mesoscópicas. A magnetização
remanente encontra-se no intervalo de 0:010:4 dependendo da espessura da casca. O valor
de 0:04, incluído neste intervalo, foi reportado para nanofios de Co e Fe medidos com o campo
aplicado perpendicular ao eixo do fio. Isto poderia ser um sinal de que em nossos arranjos o
eixo efetivo de fácil magnetização é perpendicular ao plano do arranjo naquela amostra que
tem o referido valor. O campo coercitivo tem valores entre 50 e 700Oe, que é muito maior em
relação ao valor para amostras bulk, 10Oe. Este aumento é atribuído ao efeito da superfície ou
anisotropia de forma. Também maior do que 40Oe reportado por outros autores em esferas ocas
de 500nm de diâmetro e 40nm de espessura da casca. De acordo com os resultados obtidos é
possível observar, durante a inversão dos momentos, a formação de vórtices bem organizados
em arranjos de Co. O estudo da dinâmica feito neste trabalho, mostrou que a reversão dos
momentos não é homogênea e começa nas bordas do arranjo. A relaxação em todos os sistemas
aqui estudados é fortemente influenciada pelo valor de e e quanto menor é a espessura da casca
maior é o tempo de relaxação. O fator principal nas propriedades estáticas e dinâmicas de cascas
nanométricas é justo sua espessura. / In this work we studied the effects of thickness of hollow structures in hexagonal array. Nanosized
Nickel (Ni) and Cobalt (Co) hollow-spheres arrays were studied by micromagnetic simulation
using object oriented micromagnetic framework (OOMMF) based in the finite difference method
(FDM). The hollow spheres have a fixed external radius, Re = 20nm and the thickness of the
spheroidal shell ReRi were systematically changed. The variation was according to the ratio
e =Ri=Re with 0 e 0:8.We assume that the spheres are connected. In addition we considered
exchange interaction and magnetocrystalline contribution. In the case of Ni this contribution is
cubic with directions along the X axis, Y and Z, in the case of Co, uniaxial with easy direction
along the axis Z and interaction Zeeman. For the nickel, the hysteresis cycles obtained with the
applied field parallel to the array shows that decreasing thickness of the shell the coercive field
decreases. Compared with the coercive field (Hc) value of bulk Ni (0:7Oe) and that of hollow
Ni submicrometer-sized spheres (32:3Oe), the hollow Ni nano-sized exhibit much enhanced
coercivity (61:9230:8Oe). Furthermore verified that are in the range of values reported for
powder Ni hollow spheres (102Oe) and also to arrays of hollow spheres of nanometric size
(104Oe). The increase of coercivity for the array of hollow spheres may be attributed to their
special nanostructure. Thus the magnetic response is dominated by the shape anisotropy and
consequently it translates into high remanence (Mr=MS = 0:8). For the Co hysteresis loops
are open in the low field region (< 2500Oe), which has been reported to chains mesoscopic
hollow spheres. The remanent magnetization is in the range of 0:010:4 depending on the
thickness of the shell. The value of 0.04 in this range, has been reported in Co and Fe nanowires
measured with the applied field perpendicular to the wire axis. This could be a sign that in
our arrangements the effective easy axis of magnetization is perpendicular to the plane of
arrangement that sample having this value. The coercive field has values between 50 and 700Oe,
which is higher compared to the value for bulk samples, 10Oe. This increase is attributed to the
effect of surface or shape anisotropy. Also higher than 40Oe reported by other authors in hollow
spheres of 500nm diameter and 40nm thick bark. According to the results, it can estimate the
coherent mode is the main solution of the reversion of the magnetization. However you can
see, during inversion of moments, the vortex formation well organized in cobalt arrangements.
The study on the dynamics done in this work showed that the reversal of the moments is not
homogeneous and starts at the edges of the arrangement. The relaxation of all the systems studied
here, it is strongly influenced by the value of e, and the smaller the thickness of the shell is
greater relaxation time. The main factor in the static and dynamic properties of nanoscale shells
is just its thickness.
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Estudo por simulação micromagnética das interações dipolares em arranjos de nanofios policristalinos de níquelMORALES, Griselda Paola Fuentes 31 July 2015 (has links)
Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-04-22T17:47:41Z
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DISSERTAÇÃO Griselda Paola Fuentes Morales.pdf: 6398822 bytes, checksum: abe5113b3b1d3adb1d70f2fa2cc69623 (MD5)
Previous issue date: 2015-07-31 / CAPES / Neste trabalho utilizamos a simulação micromagnética para o estudo dos efeitos de interações
dipolares em arranjos de nanofios de níquel. Especificamente, utilizamos o Nmag como
ferramenta de cálculo, que é baseado no método dos elementos finitos para resolver as equações
micromagnéticas. Para o estudo, arranjos hexagonais de fios policristalinos foram construídos
à base de cadeias de elipsoides. As dimensões de cada elipsoide foram fixadas em 30 nm de
semieixo transversal à cadeia e 60 nm ao longo do eixo da cadeia. Cada amostra está formada
por um total de 10 10 cadeias de estes elipsoides e formam uma matriz com ordenamento
hexagonal. O tamanho da matriz foi otimizado ao tempo de cálculo. Num primeiro estudo
analisamos os efeitos do comprimento dos fios (cadeias de elipsoides). Para definir o tamanho
dos fios tomamos cadeias compostos por 1 até 4 elipsoides para um comprimento máximo de
240 nm. Um outro estudo compreende os efeitos da distância entre os fios. Para isso estudamos
arranjos cuja distância de eixo a eixo da cadeia adota valores de 70 nm, 65 nm, 60 nm, 55 nm,
50 nm, 45 nm, 40 nm e 35 nm. Todo o estudo foi feito sobre a base do comportamento da curva
de histerese em função do ângulo do campo aplicado. Depois de calculadas as curvas foram
extraídos os valores do campo coercitivo e a remanência, com a finalidade de verificar a sua
dependência angular. Entre os resultados mais significativos, temos a variação acentuada da
derivado das curvas estudadas. O motivo principal é o aumento da energia dipolar à medida que
número de elipsoides aumenta na cadeia. A remanência também apresenta mudanças drásticas
que explicam o porque das tantas divergências reportadas na literatura, para fios que supostamente
são longos. No estudo, nos preocupamos inicialmente na escolha do método de cálculo
e também trabalhamos na otimização do tamanho de célula na discretização dos fios. Para isso
analisamos os cálculos utilizando o OOMMF (método de diferenças finitas) que permitem o
cálculo para células de 4 nm e 2 nm. O cálculo com 2 nm resultou ser bem demorado, motivo
pelo qual escolhemos a de 4 nm. Logo depois, para comparar com o método de elementos
finitos, utilizamos Nmag. Com este simulador fizemos os cálculos para tamanho de célula diferentes
a fim de otimizar o tempo. Os resultados com OOMMF e Nmag foram comparados e
depois de algumas analises observamos que Nmag seria a melhor escolha. Sendo assim a maior
parte dos resultados apresentados aqui são obtidos por elementos finitos. / In this work we used the micromagnetic simulation to study the effects of dipolar interactions
in nickel nanowires arrays. Specifically, we use the Nmag as calculation tool, which is
based on the finite element method to solve the micromagnetics equations. For this study, hexagonal
arrays of polycrystalline wires were constructed by ellipsoids chains. The dimensions
of each ellipsoid was fixed with transversal minor axis of 30 nm and major axis along the chain
of 60 nm. Each sample is formed by a total of 10 10 chains of these ellipsoids and form a
hexagonal array. The array size is optimized to the calculations time. We change wire lengths
and study their effects (ellipsoids chains). To set the size of the wire, chains formed by 1 to
4 ellipsoids were used to a maximum length of 240 nm. We analized the effects of distance
between wires. For this, we make arrangements that change the axis to axis distance of the
chain takings values of 70 nm, 65 nm, 60 nm, 55 nm, 50 nm, 45 nm, 40 nm and 35 nm. The
results were analyzed compared with the hysteresis curve behavior as a function of the applied
field angle. Then we used this curves to obtain the coercive field and remanence, in order to verify
their angular dependence. Among the most significant results, we have the sharp variation
of the derivative of the studied curves. The main reason is the increase of the dipolar energy
as minimal ellipsoid increases in the chain. The remanence also features dramatic changes that
explain why so many of the discrepancies reported in the literature for wires that are supposed
to be long. We carefully choose the method of calculation and work on optimizing the size
of discretization of the cell. For this we analysed the calculations using the OOMMF (finite
difference method) that allow the calculation for cells of 2 and 4 nm. The calculation with 2
nm is time consuming, that is why we chose to use 4 nm cell. Then, to compare with finite
elements method, we use Nmag. With this simulation we made the calculations for different
cell sizes in order to optimize the time. The results with OOMMF and Nmag were compared
and after some analysis we observe that Nmag would be the best choice. Thus the major part of
the results presented are obtained by finite elements.
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Estudo via simulação computacional do efeito de impurezas no modo girotrópico em nanodisco magnéticoSilva, José Henrique 09 November 2011 (has links)
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Previous issue date: 2011-11-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nos últimos anos, o estudo do comportamento da magnetização em nanodiscos magnéticos tem atraído à atenção de muitos pesquisadores da área de nanomagnetismo. Devido a possibilidade dos nanodiscos apresentarem um estado de magnetização em forma de vórtice com componente fora-do-plano no seu centro, estes podem ser os possíveis substitutos dos dispositivos de armazenamento magnético utilizados atualmente. Para que os nano discos possam ser utilizados para fins de armazenamento,precisa-se conhecer com detalhes o comportamento do vórtice em diversas situações. Em trabalho recente verificou-se experimentalmente que a frequência do modo girotrópico na presença de impureza é maior que a frequência caso não houvesse impureza no nanodisco e que a frequência diminui com o aumento do diâmetro. No presente trabalho estudamos o comportamento do modo girotrópico, quando colocamos a impureza numa distância, em relação ao centro do nanodisco, menor que o raio do Modo Girotrópico e também quando colocamos a impureza numa distância maior que o raio do modo girotrópico. A impureza magnética é definida a partir da constante de acoplamento J da interação de troca entre Spin-Spin. Se a constante de acoplamento J' da interação entre impureza-Spin vizinho for maior que J(J' > J), temos uma impureza repulsiva e para J' < J a impureza é atrativa. Para estudar a influência de impurezas na frequência do modo girotrópico foram feitas simulações micromagnéticas em nanodiscos magnéticos usando valores conhecidos das constantes do Permalloy-79. Foram feitas simulações em nanodiscos com diversos diâmetros (125nm, 145nm, 175nm, 195nm, 225nm e 275nm), todos com 10nm de espessura. Nossos resultados mostram que existe uma flutuação na frequência do modo girotrópico na presença de impurezas magnéticas, o que está de acordo com resultados experimentais recentes. / In recent years, to study the behavior of magnetization in magnetic nanodisks has attracted the attention of many researchers in nanomagnetism. Due to the possibility of nanodisks to present a state of magnetization with vortex-shaped component out-of-plane at its center, this can substitute the magnetic storage devices used today. For nanodisks that can be used for storage purposes, one needs to know in detail the behavior of the vortex in many situations. In a recent study, it was experimentally found that the frequency of the gyrotropic mode in the presence of impurities is greater than the frequency, if there were no impurity in nanodisks, so that the frequency decreases with increasing the diameter. In this paper we study the behavior of gyrotropic mode when we place the impurity at a distance from the center of the nanodisks, smaller than the gyrotropic radius mode and also when the impurity placed at a distance greater than the radius of the gyrotropic mode. The magnetic impurity is defined as the coupling constant J of the exchange interaction between the Spin-Spin interaction. If the coupling constant J' from the interaction between impurity-neighbor spin is greater than J (J0 > J), we have a repulsive impurity and if J' <J the impurity is attractive. To study the influence of impuritiesin the gyrotropic frequency mode, micromagnetic simulations were made in magnetic nanodisks using known values of constants of the Permalloy-79. Nanodisks simulations were made with different diameters (125nm,145nm,175nm,195nm,225nmand275nm), all of with10nm thick. Our results show that there is a fluctuation in the gyrotropic frequency mode in the presence of magnetic impurities, which is in agreement with recent experimental results.
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