Métodos em GPU para explorar a estabilidade topológica de nanomagnetos

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Monteiro Junior, Maxwel Gama
• Orientador(a): Sato, Fernando
• Banca de defesa: Carvalho, Ana Claudia Monteiro , Rocco, Daniel Leandro, Furones, Maikel Yusat Ballester
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Física
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Micromagnetismo; Programação em Paralelo; Memórias MRAM; Defeitos topológicos; GPU; Micromagnetism; Parallel programming; MRAM memories; Topological defects
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13118

Nessa tese, demonstramos uma metodologia original para o tratamento computacional do micromagnetismo, que descreve de maneira contínua detalhes das interações fundamentais que regem a dinâmica da magnetização em um material ferromagnético. Utilizando a tecnologia de unidades de processamento gráfico, nosso algoritmo é capaz de alcançar um alto grau de eficiência na simulação de casos gerais de materiais magnéticos, com liberdade total na escolha de parâmetros físicos e geometria das amostras e com uma melhora média de duas ordens de grandeza no tempo de simulação para problemas típicos. Isso é possível a partir do cálculo integral das interações de longo alcance presentes, sem truncamentos ou hipóteses de natureza numérica que restringem mais o domínio de validade das simulações. Além disso, também desenvolvemos um método de integração original adaptado para os sistemas não-lineares típicos da equação dinâmica do micromagnetismo (a equação de Landau-Lifshitz-Gilbert ou LLG). O integrador é uma adaptação do método do ponto médio esférico, recentemente demonstrado como sendo simplético para sistemas de spin clássicos, analogamente ao método de Verlet para a equação Newtoniana de movimento. O uso desse integrador depende de uma formulação Hamiltoniana discretizada para as interações magnéticas em materiais, que mostramos ser equivalente até segunda ordem ao modelo micromagnético contínuo. Aplicamos essa metodologia criada em diversos tipos de problemas pertinentes ao estudo do ferromagnetismo de sistemas complexos. Nossa metodologia se mostrou adequada pra lidar com fenômenos envolvendo cargas topológicas na magnetização, como vórtices e skyrmions. Propomos uma geometria modificada para nanodiscos a fim de miniaturizar dispositivos baseados no uso da polaridade de vórtices magnéticos para o seu funcionamento. Também usamos o método para estudar efeitos estocásticos em sistemas sobre a presença de corrente, interessantes para aplicações em temperatura ambiente. Diversas aplicações futuras também são apresentadas, transformações entre cargas topológicas e efeitos térmicos ou outras perturbações externas.