Formação e estabilidade de nanoestruturas magnéticas complexas via abordagens de primeiros princípios e dinâmicas de spins

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Carvalho, Pamela Costa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: density-functional-theory; dinâmica de spins; DMI; magnetism; magnetismo; skyrmions; spin-dynamics; teoria do funcional da densidade
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15092025-111618/

Neste trabalho, investigamos o papel da interação Dzyaloshiinski-Moryia (DMI) e da interdifusão atômica interfacial na formação, estabilização e dinâmica de nanoestruturas magnéticas complexas em filmes finos metálicos. A metodologia utilizada aqui é a combinação de cálculos de estrutura eletrônica baseados em primeiros princípios e simulações atomísticas de dinâmica de spins. Aqui, indicamos condições favoráveis para a existência de nanoestruturas magnéticas quirais em sistemas de multicamadas metálicas. Uma sinergia teórico-experimental foi buscada sempre que possível com grupos experimentais. Iniciamos investigando propriedades magnéticas no ferrimagneto sintético Pt/Co/Gd, que é um potencial hospedeiro de nanoestruturas skyrmiônicas. Os cálculos de primeiros princípios elucidaram o magnetismo induzido nas diferentes interfaces dentro da heteroestrutura, que foi correlacionada com interdifusão/rugosidade interfacial na multicamada. Nesta contribuição, também desenvolvemos o arcabouço teórico necessário para simular amostras experimentais. Como introdução ao estudo de nanoestruturas magnéticas complexas, conduzimos uma análise do estado fundamental nas multicamadas Ni/Irn/Pt(111), com n=0,1,2, onde skyrmions e skyrmioniums metaestáveis foram identificados. As condições favoráveis para a estabilização dessas nanoestruturas não-colineares nas camadas de Ni foram evidenciadas através de uma comparação com filmes finos similares de Co, ressaltando a importância da intensidade DMI e revelando o papel fundamental da direção do vetor DMI, o qual não havia sido abordado previamente na literatura. A formação de skyrmions em arranjos aparentemente simétricos foi reportada usando o sistema Pd/Co/Pd como exemplo. Nosso trabalho sugere que a mistura de átomos na interface é de importância fundamental para originar e aumentar a DMI. Aqui, indicamos a interdifusão como um mecanismo crucial na estabilização de nanoestruturas não-colineares, atuando simultaneamente para intensificar a DMI e reduzir a anisotropia no sistema. Além disso, a dinâmica de spins por meio do mecanismo de torque de transferência de spins foi estudada, considerando a presença de defeitos atômicos na multicamada de Pd/Fe/Ir(111), onde o arcabouço teórico para investigar o movimento de skyrmions na presença de múltiplos defeitos foi desenvolvido. Os resultados apresentados aqui fornecem concepções valiosas para guiar a elaboração de novos materias com texturas de spins quirais para aplicações futuras no campo da spintrônica.