Tese
Comportamento estático e dinâmico de skyrmions em nanofitas magnéticas curvadas via simulação micromagnética
Autor
Farias, Wanglêsio Silveira de
Institución
Resumen
The objective of this work is to study the behavior of skyrmions on a magnetic racetrack
with a curved surface, verifying the stability, movement, and changes in the skyrmion radius
at the interface of the CoPt material. We use micromagnetic simulations, which consider
the dynamics of the magnetization of the spins in the lattice, using the Landau-LifshizGilbert equation, with application of the integration method, to define the configuration
of the magnetic moments, considering the energies of the interactions that act in the
system with the existence of a skyrmion, namely: isotropic exchange, magnetocrystalline
anisotropic, dipolar and Dzyaloshinskii-Moriya. We divided the study into two parts:
first, we performed a static study, where we verified the conditions of deformation and
annihilation, when the skyrmion is on the open cylindrical surface of positive and negative
curvature type, respectively, with variable radius of curvature. Unlike the plane surface,
the skyrmion can be deformed into an elliptical shape on positive curvature. At negative
curvature, we find a critical radius of curvature, below which the skyrmion is annihilated.
In the second part, we performed a dynamic study on a racetrack with a geometric defect in
the form of a cylindrical surface with positive or negative curvature, interspersed between
two plane surfaces. We studied the deformation and annihilation conditions for various
values of the radius of curvature, the width of the geometric defect and the spin-polarized
current density used to move the skyrmion in the lattice. We conclude that the width of the
geometric defect and the radius of curvature interfere in the annihilation and deformation
of the skyrmion, we also observed a marked movement in the direction perpendicular to
the current application, even with low current density. Furthermore, we analyzed the
shape of the skyrmion by measuring its radius in two perpendicular directions and its
dynamic behavior when passing through the geometric defect, recording the positions and
velocities of the center of the skyrmion. A force, attractive or repulsive, is induced by the
curvature. Thus, the skyrmion can be accelerated until its speed reaches values 14 times
greater than on the plane surface. We show that these analytical results of the simulations
agree with the theoretical results via Thiele’s equation. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de skyrmions na nanofita magnética
com superfície curvada, verificando a estabilidade, o movimento e as alterações no raio
do skyrmion na interface do material CoPt. Utilizamos simulações micromagnéticas, que
consideram a dinâmica da magnetização dos spins na rede, usando a equação de LandauLifshiz-Gilbert, com aplicação do método de integração, para definir a configuração dos
momentos magnéticos, considerando as energias das interações que atuam no sistema com a
existência de um skyrmion, sendo elas: de troca isotrópica, anisotrópica magnetocristalina,
dipolar e Dzyaloshinskii-Moriya. Dividimos o estudo em duas partes: primeiramente,
fizemos um estudo estático, onde verificamos as condições de deformação e aniquilação,
quando o skyrmion se encontra na superfície cilíndrica aberta do tipo curvatura positiva e
negativa, respectivamente, com raio da curvatura variável. Diferenciando-se da superfície
plana, o skyrmion pode ser deformado em uma forma elíptica na curvatura positiva. Na
curvatura negativa, encontramos um raio de curvatura crítico, abaixo do qual o skyrmion
é aniquilado. Na segunda parte, realizamos um estudo dinâmico numa nanofita com um
defeito geométrico na forma de uma superfície cilíndrica do tipo curvatura positiva ou
negativa, intercalado por duas superfícies planas. Estudamos as condições de deformação
e aniquilação para vários valores do raio da curvatura, da largura do defeito geométrico
e da densidade de corrente polarizada por spin, usada para mover o skyrmion na rede.
Concluímos que a largura do defeito geométrico e do raio da curvatura interferem na
aniquilação e deformação do skyrmion, também observamos um movimento acentuado na
direção perpendicular à aplicação da corrente, mesmo com baixa densidade de corrente.
Analisamos a forma do skyrmion medindo seu raio em duas direções perpendiculares e
seu comportamento dinâmico ao passar pelo defeito geométrico, registrando as posições
e as velocidades do centro do skyrmion. Uma força, atrativa ou repulsiva, é induzida
pela curvatura. Assim, o skyrmion pode ser acelerado até sua velocidade atingir valores
14 vezes maiores que na superfície plana. Mostramos que esses resultados analíticos das
simulações concordam com os resultados teóricos via equação de Thiele. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior