Dynamic behavior of Skyrmions under the influence of periodic pinning in chiral magnetic infinite thin films - Vizarim, Nicolas Porto [UNESP] (2023)
Atualmente um dos maiores desafios na área de materiais é a miniaturização dos transistores para aplicação em novos processadores e dispositivos lógicos. Uma das altenativas viáveis é a utilização da spintrônica, baseada no movimento controlado de nanoestruturas magnéticas. Entre os potenciais candidatos, a descoberta de texturas magnéticas conhecidas como skyrmions, tem atraído considerável interesse. Skyrmions magnéticos são estruturas de spins quirais, topologicamente protegidas, e devido a serem muito estáveis, quando comparados com vórtices ou bolhas magnéticas, tem sido objeto de estudo nesses últimos anos. Com o objetivo de controlar o movimento dos skyrmions, essencial para aplicações, estudamos o comportamento dinâmico de skyrmions em um magneto quiral bidimensional a temperatura nula, sob influência de redes periódicas de centros de aprisionamento. As simulações são feitas na aproximação onde os skyrmions podem ser tratados como partículas pontuais. Neste modelo, o skyrmion está sujeito à interação com os demais skyrmions, com os centros de aprisionamento dispostos no material, a uma corrente de spins polarizados e à força de Magnus. Os cálculos foram feitos para diversos casos onde há a presença de um único skyrmion e também para diversos valores de densidade de skyrmions no material, procurando por possibilidades de controle de movimento, diversos regimes dinâmicos e efeitos coletivos. Os resultados mostram que ajustando o tamanho, força e densidade dos centros de aprisionamento é possível controlar o movimento de skyrmons individuais, e também controlar o fluxo de múltiplos skyrmions. Além disso, mostramos que caso haja espécies diferentes de skyrmions com diferentes componentes de Magnus, é possível fazer uma seleção topológica utilizando redes periódicas de centros de aprisionamento. Utilizando correntes alternadas, mostramos que o efeito ratchet tem um papel importante na dinâmica de skyrmions, fazendo com que ocorra movimento direto e controlado de skyrmions em determinadas direções apenas ajustando as amplitudes das correntes alternadas. A expectativa é que estes resultados possam ser úteis à comunidade científica para um melhor entendimento sobre a dinâmica de skyrmions e que resultem em futuras aplicações tecnológicas destas quase-partículas.