Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O estudo de discos magnéticos com a configuração de vórtices magnéticos tem atraído grande interesse científico recentemente. Nessa estrutura os spins formam circuitos fechados no plano e, próximo ao centro do disco, se alinham perpendicularmente ao plano de forma a reduzir a densidade de energia de troca. O grande potencial de aplicação de vórtices magnéticos como, por exemplo, em memórias magnéticas e nanopartículas para o tratamento de câncer, chama a atenção para a investigação das condições de estabilidade e o controle de suas propriedades. Neste trabalho, estudamos a alteração que dois tipos diferentes de anisotropia provocam nas propriedades de vórtices através de medidas de Microscopia de Força Magnética (MFM) e simulações micromagnéticas utilizando o código OOMMF (NIST) que aplica a equação de Landau-Lifshitz-Gilbert para simular a configuração de spin e calcular a energia e a magnetização de microestruturas.
A primeira parte do trabalho envolveu o estudo da influência da anisotropia magnetocristalina planar na estabilidade de vórtices magnéticos em discos de Co60Fe40 em relação a discos de permalloy, que possui anisotropia magnetocristalina nula. Os resultados de simulação micromagnética para discos com diâmetros entre 0,5 e 8 m mostraram que a anisotropia favorece o alinhamento dos spins e a divisão da estrutura em domínios, reduzindo a estabilidade do vórtice. Os resultados foram comprovados experimentalmente em medidas de MFM de discos de Co60Fe40 com diâmetros entre 2 e 8 m.
Na segunda parte do trabalho foi estudada a influência do fenômeno de exchange bias na dinâmica de vórtices magnéticos. Para isso foram realizadas simulações de discos de Permalloy/Fe50Mn50 com diâmetro de 0,5 m variando o acoplamento magnético entre as camadas. As simulações de curvas de histerese mostraram que o acoplamento aumenta a estabilidade dos vórtices. Nas simulações de relaxação foi observado que devido ao exchange bias o movimento girotrópico do núcleo apresenta uma frequência variável que aumenta com o tempo, o que não acontece na ausência de exchange bias. Já nas simulações em que os discos estão sujeitos a um campo magnético girante foi observado que a velocidade crítica em que a polaridade do vórtice é invertida aumenta com o aumento do acoplamento e com o aumento da frequência do campo. Essa velocidade pode ser escolhida em uma ampla faixa escolhendo os valores do acoplamento magnético e da frequência de oscilação. Portanto é possível controlar a velocidade crítica de inversão da polaridade de vórtices magnéticos através do fenômeno de exchange bias. / The study of magnetic dots with magnetic vortex spin configuration has recently attracted great scientific interest. In this structure, the spins form closed circuits in the plane of the magnetic dot and, near the center, align perpendicularly to the plane in order to reduce exchange energy density. The great potential of applications of magnetic vortices (as for example magnetic memories and nanoparticles for cancer treatment) draws attention for the investigation of the stability conditions for the vortex configuration. In the case of soft ferromagnetic materials in micron and submicron scales, small changes in shape, size and materials anisotropy can modify the energy equilibrium. In this work, we studied the change of vortex proprieties in microsized dots due to two different types of anisotropy using the code OOMMF (NIST) that applies the Landau-Lifshitz-Gilbert equation to simulate the spin configuration and compute the energy and magnetization of microstructures. These results were compared to Magnetic Force Microscopy (MFM) investigations of the magnetic configuration in microsized dots prepared by lithographic process.
In the first part, we studied by numerical simulation the influence of planar magnetocrystaline anisotropy in Co60Fe40 disks and compare to permalloy disks, material that shows zero magnetocrystalline anisotropy. The results for disks with diameters between 0.5 and 8 m showed that the anisotropy favors spins alignment and domains division, reducing vortex stability. The results for Co60Fe40 disks with diameters between 2 and 8 m were verify experimentally by MFM measurements.
In the second part, we studied the influence of exchange bias in the magnetic vortex dynamics. A series of micromagnetic simulations for Permalloy/Fe50Mn50 disks with 0.5 m of diameter was done varying the magnetic coupling constant between the layers. The hysteresis simulations showed that the vortex stability increases with the coupling constant. In relaxation simulations we observed that the gyrotropic movement has a variable frequency that increases with time, which is not observed when exchange bias is absent. Under a rotating magnetic field, the critical velocity for vortex polarity reversion increases with the coupling constant and frequency. Our results show that the critical velocity can be adjusted in a wide range by selecting the magnetic coupling constant and the oscillating frequency, i.e., it is possible to control the critical velocity for vortex polarity inversion through the exchange bias coupling.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:bdtd.cdtn.br:139 |
| Date | 01 March 2012 |
| Creators | Sofia de Oliveira Parreiras |
| Contributors | Maximiliano Delany Martins, Waldemar Augusto de Almeida Macedo, Flávio Garcia |
| Publisher | CNEN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, Belo Horizonte, CTMA - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais, CDTN, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do CDTN, instname:Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, instacron:CDTN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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