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Previous issue date: 2010-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / We report a theoretical investigation of the magnetic phases and hysteresis of exchange
biased ferromagnetic (F) nanoelements for three di erent systems: exchange biased
nanoparticles, exchange biased narrow ferromagnetic stripes and exchange biased thin
ferromagnetic lms. In all cases the focus is on the new e ects produced by suitable
patterns of the exchange energy coupling the ferromagnetic nanoelement with a large
anisotropy antiferromagnetic (AF) substrate. We investigate the hysteresis of iron and
permalloy nanoparticles with a square basis, with lateral dimensions between 45 nm and
120 nm and thickness between 12 nm and 21 nm. Interface bias is aimed at producing
large domains in thin lms. Our results show that, contrary to intuition, the interface exchange
coupling may generate vortex states along the hysteresis loop. Also, the threshold
value of the interface eld strength for vortex nucleation is smaller for iron nanoelements.
We investigate the nucleation and depinning of an array of domain walls pinned at interface
defects of a vicinal stripe/AF bilayer. The interface exchange eld displays a
periodic pattern corresponding to the topology of the AF vicinal substrate. The vicinal
AF substrate consists of a sequence of terraces, each with spins from one AF subalattice,
alternating one another. As a result the interface eld of neighboring terraces point in
opposite direction, leading to the nucleation of a sequence of domain walls in the ferromagnetic
stripe. We investigated iron an permalloy micrometric stripes, with width
ranging from 100 nm and 300 nm and thickness of 5 nm. We focused in domain wall sequences with same chirality and alternate chirality. We have found that for 100nm terraces
the same chiraility sequence is more stable, requiring a larger value of the external
eld for depinning. The third system consists of an iron lm with a thickness of 5 nm,
exchange coupled to an AF substrate with a periodic distribution of islands where the AF
spins have the opposite direction of the spins in the background. This corresponds to a
two-sublattice noncompensated AF plane (such as the surface of a (100) FeF2 lm), with
monolayer-height islands containing spins of one sublattice on a surface containing spins
of the opposite sublattice. The interface eld acting in the ferromagnetic spins over the
islands points in the opposite direction of that in the spins over the background. This
a model system for the investigation of interface roughness e ects. We have studied the
coercicivity an exchange bias hysteresis shift as a function of the distance between the
islands and the degree of interface roughness. We have found a relevant reduction of
coercivity for nearly compensated interfaces. Also the e ective hysteresis shift is not proportional
to the liquid moment of the AF plane. We also developed an analytical model
which reproduces qualitatively the results of numerical simulations / Apresentamos neste trabalho uma investiga??o te?rica de fases magn?ticas e histereses de sistemas ferromagn?ticos (F) acoplado a um substrato antiferromagn?tico (AF), conhecido na literatura como sistema de Exchange Bias de tr?s diferentes sistemas: part?cula, fita e filme, acoplados a um substrato antiferromagn?tico altamente anisotr?pico. Estudamos histereses de nanopart?culas de ferro e permalloy com base quadrada, dimens?o lateral entre 45 nm e 120 nm e espessura entre 12 nm e 21 nm. O substrato AF ? normalmente usado para estabilizar magneticamente estes tipos de part?culas de modo que a mesma seja sempre monodom?nio, no entanto contr?rio a intui??o, o acoplamento com o substrato AF pode gerar estados magn?ticos tipo v?rtice na nanopat?culas ao longo da curva de magnetiza??o. Tamb?m identificamos que o valor do acoplamento de interface para a nuclea??o de v?rtice ? menor para nanoelementos de Ferro. Investigamos a nuclea??o e o campo de desprendimento de uma sequ?ncia de paredes de dom?nio geradas por defeitos de uma interface AF vicinal em uma bicamada F/AF. O acoplamento com a interface AF apresenta um campo de troca com a fita F que muda periodicamente ao longo da fita correspondendo a topologia de um substrato vicinal. O substrato AF vicinal consiste em uma sequ?ncia de terra?os, cada um com spins de diferentes subredes do AF alternadamente. Como resultado deste acoplamento de interface, temos terra?os na fita com magnetiza??o em dire??es opostas, isto pode gerar uma sequ?ncia de paredes de dom?nio ao longo da fita ferromagn?tica. Estudamos fitas microm?tricas de ferro e permalloy com largura entre 100 e 300 nan?metros e espessura de 5 nm. Neste trabalho enfatizamos em duas configura??es poss?veis de sequ?ncias de paredes de dom?nio: a primeira onde o ?ngulo entre os momentos magn?ticos ao longo da fita sempre aumenta, mesma quiralidade, e no caso da quiralidade alternada os ?ngulos aumentam e diminuem para cada parede periodicamente ao longo da fita. Encontramos que para terra?os de 100 nm a sequ?ncia de paredes com a mesma quiralidade ? mais est?vel, requerendo um maior campo magn?tico externo para desfazer esta configura??o das paredes. O terceiro sistema consiste de um filme de Ferro com espessura de 5 nm. Neste caso o acoplamento de interface com sinais opostos acontece devido ? presen?a de defeitos com altura de uma monocamada AF, formando ilhas onde o acoplamento F/AF apresenta-se oposto as regi?es subsequentes, estas ilhas se distribuem periodicamente ao longo de todo sistema. Este ? um modelo para estudar rugosidade em interface F/AF. Fizemos um estudo de coercividade e deslocamento de histerese como fun??o da dist?ncia entre as ilhas e do grau de rugosidade da interface AF. Observou-se uma relevante redu??o da coercividade ? medida que a exposi??o das duas subredes do AF se iguala. E o deslocamento da histerese ? proporcional ao acoplamento l?quido com o substrato AF. Foi desenvolvido um modelo anal?tico que reproduz qualitativamente os resultados num?ricos
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/18616 |
| Date | 26 February 2010 |
| Creators | Rebou?as, Gustavo de Oliveira Gurgel |
| Contributors | CPF:33014419704, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787041Z8, Medeiros, Suzana N?brega de, CPF:78609801420, http://lattes.cnpq.br/2148858591663240, Ara?jo, Jos? Humberto de, CPF:24150720444, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4785558U2, Dantas, Ana L?cia, CPF:78604303472, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4728637D6, Guimar?es, Alberto Passos, CPF:20666888787, http://lattes.cnpq.br/5330038857795179, Carri?o, Artur da Silva |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em F?sica, UFRN, BR, F?sica da Mat?ria Condensada; Astrof?sica e Cosmologia; F?sica da Ionosfera |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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