Doctora en Ciencias, Mención Física / El objetivo general de este trabajo es estudiar la dinámica de la magnetización, tanto en el régimen lineal como no lineal, de la capa ferromagnética libre de una estructura nanopilar, cuando se inyecta una corriente polarizada en spin. Para ello, se desarrolla un modelo que utiliza un método alternativo a las simulaciones micromagnéticas usuales, siguiendo un formalismo Hamiltoniano estándar. La capa libre corresponde a un disco de un material ferromagnético suave (específicamente permalloy), de sección circular, y se aplica un campo magnético paralelo al plano que determina una magnetización de equilibrio cuasi-uniforme en su misma dirección. Si la corriente continua supera un cierto umbral, se excitan las ondas de spin y es posible observar auto-oscilaciones de la magnetización. En particular, se estudia la estabilidad de la auto-oscilación del modo que es excitado a la menor corriente crítica, considerando dos versiones del modelo: una que incluye los efectos del borde del disco, y otra que no. Además, se estudia la dinámica lineal de las ondas de spin bajo corrientes alternas. Esta tesis se organiza de la siguiente manera. En la introducción se exponen de manera resumida la motivación, los objetivos y la metodología a utilizar. El capítulo 1, que corresponde al marco teórico, introduce los conceptos básicos para comprender el problema en cuestión. En el capítulo 2 se presenta en detalle el modelo, basado en un formalismo Hamiltoniano, el cual se utiliza para estudiar la dinámica de la magnetización. En el capítulo 3 se estudia la estabilidad de la auto-oscilación del modo con corriente crítica más baja, que corresponde al modo uniforme o macro-spin. Se considera que la capa libre es muy delgada, lo cual permite aproximar el campo demagnetizante al de un plano infinito, y se determina la corriente continua crítica por sobre la cual es posible observar la auto-oscilación del modo uniforme. Luego, se determinan los modos normales de oscilación de la magnetización no uniformes y se estudia la interacción entre la auto-oscilación del modo uniforme con los modos no uniformes. Se determina cuándo comienza el crecimiento exponencial de los modos no uniformes, lo cual permite conocer el rango del espacio de parámetros donde sólo existe la oscilación del modo macro-spin de manera aislada. En el capítulo 4 se introducen los efectos que tienen los bordes del disco, considerando el campo demagnetizante completo. Primero se determina la magnetización de equilibrio que ya no es uniforme. Luego se estudian los modos normales de oscilación de un disco ferromagnético con un campo aplicado en el plano, determinándose sus formas y frecuencias. En el capítulo 5 se estudia la excitación de las ondas de spin del capítulo anterior, mediante la inyección de una corriente continua, y se determina la corriente crítica necesaria para observar auto-oscilaciones de la magnetización. Luego, se determina la región del espacio de parámetros en la cual es posible observar un sólo modo auto-oscilando. En el capítulo 6, se considera que la corriente continua es menor a la corriente crítica y se le agrega una componente alterna. Se estudia la excitación de modos normales bajo este forzamiento: se consideran los efectos del campo de Oersted y la componente perpendicular del torque por transferencia de spin, y se estudian resonancias directas y paramétricas. Finalmente se presenta una sección de conclusiones. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Becas Conicyt 2012 folio núm. 21120160, CEDENNA y FONDECYT N° 1130192

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.