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Previous issue date: 2018-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho estudamos tres importantes sistemas magnéticos extensamente pesquisados nas últimas décadas. Na primeira parte, a proposta recente da utilização de skyrmions magnéticos, que são excitações topológicas tipo quasi-partícula em ferromagnetos, em memórias tipo racetrack, tem atraído a atenção de pesquisadores nos últimos anos abrindo um novo campo de estudo chamado skyrmionics, que é uma tentativa de utilizar estas estruuras magnéticas como transportadores de informação na próxima geração de de dispositivos spintrônicos. Para a utilização de skyrmions magnéticos, em alguns sistemas é necessário a inclusão de interação Dzyaloshinskii-Moriya e campos magnéticos externos no sistema. Neste trabalho, nós exploramos um sistema sem estes requisitos. Primeiro, propusemos um modo controlado de criação de skyrmions e skyrmioniums impressos em em uma nanofita de material ferromagnético com magnetização fora do plano. Após isso, investigamos o destacamento da estrutura da região abaixo de um nanodisco, responsável por imprimir esta estrutura. O transporte é feito por spin transfer torque devido a pulsos de corrente elétrica spin polarizada aplicadas na nanofita. A detecção da estrutura é feita por magnetoresistência túnel. Esta estrutura que se move, após deixar a região abaixo do disco, não é mais considerada um skyrmion e, calculando como a carga topológica evolui, a estrutura foi chamada de sóliton magnético ressonante. A segunda parte cobre os efeitos de geração de correntes puras de spin por Spin Pumping e efeito Seebeck de Spin e a conversão dessas correntes de spin em correntes de carga em isolantes topológicos a temperatura ambiente. A conversão de corrente de spin em corrente de carga é devido ao efeito Edelstein Inverso (IEE) que é possivel devido ao ’spin-momentum locking’ do elétron no nível de Fermi devido ao campo de Rashba. As medidas nas duas técnicas levaram ao mesmo valor do parâmetro IEE, mostrando que ambos os resultados são maneiras eficientes de converão de corrente de spin em corrente de carga. Na terceira parte, redes de nanomagnetos projetados para assemelhar-se a gelos de spin (estados magnéticos desordenados) e são conhecidos como gelos de spin artificiais e, estudos teóricos e experimentais da termodinâmica nestas redes. Nas redes retangulares de gelos de spin artificiais espera-se que mostrem diferentes transições de fase mudando a geometria do sistema. Esta dinâmica gerada por efeitos geométricos abrem uma possibilidade de explorar diferentes estados fundamentais e geração de monopolos magnéti- cos por efeitos térmicos. Aqui, mostramos que uma rede particular de gelos de spin artificiais se mostram com menos restrições para que as nanoilhas mudem magnetização em uma rede em particular e, comparndo o impacto de efeitos térmicos em mudanças de magnetização em diferentes sistemas, é possível encontrar o fenÃt’meno chamado geometrotermodinâmica. / In this work we study three important magnetic systems extensively researched in the past decades. In the first part, the recent proposition of the use of magnetic skyrmions, which are topological particle-like excitations in ferromagnets, in racetrack memories, have attracted a lot of attention recently opening up a new field of study called skyrmionics which is an attempt to use those magnetic structures as information carriers in next generation of spintronic devices. For usage of magnetic skyrmions, in some systems is necessary to include the Dzyaloshinskii- Moriya interaction (DMI) and the out-of-plane magnetic field into the system. In this work, we explore a system without these requirements. First, we propose a controlled way for the creation of magnetic skyrmions and skyrmioniums imprinted in a perpendicular magnetized ferromagnetic nanotrack. Then we investigate the detachment of the imprinted spin textures from the underneath of the nanodisk, the transport by the spin-transfer torque imposed by spin-polarized current pulses applied in the nanotrack and the detection by Tunnel Magnetoresistance (TMR). We notice that the moving structure is not a skyrmion after is detached, and by calculating how the topological charge behaves, we have called it the resonant magnetic soliton (RMS). The second part covers the generation of spin currents by Spin Pumping and Spin Seebeck effects and the conversion of this spin current to charge current in (Bi 0.22 Sb 0.78 ) 2 T e 3 topological insulators at room temperature. The spin-to-charge current conversion is attributed to the inverse Edelstein effect (IEE) made possible by the spin-momentum locking in the electron Fermi contours due to the Rashba field. The measurements by the two techniques yield the same value for the IEE parameter, showing that those methods can be an efficient way to the spin to charge current in topological insulators. In the third part, arrays of nanomagnets designed to resemble spin ice materials (disordered magnetic states) are known as artificial spin ices (ASI). Here we study, both theoretically and experimentally the thermodynamic effects on streched arrays of spin ices. The rectangular artificial spin ices (RASI) is expected do show different phase transitions by changing the geometry of the system. This geometrically driven dynamics in ASI can open up the panorama of exploring distinct ground states and thermally generated magnetic monopole excitations. Here, it is shown that a particular RASI lattice experience less restriction to flip precisely in a kind of rhombic lattice and by comparing the impact of thermal effects on the spin flips in these three appropriate different RASI arrays, it is possible to find the phenomenon that we call ASI geometrothermodynamics.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/20365 |
| Date | 24 April 2018 |
| Creators | Loreto, Renan Pires |
| Contributors | Araújo, Clodoaldo Irineu Levartoski de |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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