Nanomagnetismo: um estudo sobre transições de fase, ordenamento topológico e seus efeitos em spintrônica

Abstract

Na presente tese, desenvolvemos diversos trabalhos cujo foco central é o estudo de sis- temas nanomagnéticos (ou magneticamente nano estruturados) em sua grande maioria bidimensionais ou quasi-bidimensionais. Em nosso caso, os sistemas quasi-bidimensionais são compostos por camadas bidimensionais fracamente acopladas entre si. Os estudos perpassam desde a descrição e caracterização de transições de fase magnéticas, ordena- mento topológico, excitações coletivas em regimes de baixa energia, dinâmica de spins e de domínios magnéticos e spintrônica mediada por magnons (também conhecida como magnônica). Dentro dos temas supracitados, pudemos descrever a influência de uma transição de fase topológica do tipo BKT (Berezinskii-Kosterlitz-Thouless) no processo de injeção de correntes de spin em junções compostas por metais normais e ferromagnetos isolantes, observando um efeito switch térmico nesta injeção na exata temperatura em que o material sofre a transição de fase, além de observarmos o efeito de saturação do processo de injeção da corrente de spins bem como a grande acurácia na obtenção da temperatura de transição para sistema reais [1]. Também descrevemos a possível extin- ção de uma transição de fase BKT em sistemas magnéticos com interações diagonais [2]. Por fim, observamos a cíclica conversão entre diferentes excitações topológicas do tipo Skyrmion [3]. Palavras-chave: Nanomagnetismo. Bidimensional. Transição de fase. Excitações coletivas

In this thesis, we develop several works whose central focus is the study of nanomagnetic (or magnetically nanostructured) systems, which are mostly two-dimensional or quasi- two-dimensional. In our case, quasi-two-dimensional systems are composed of layered two- dimensional systems that are weakly coupled. The studies vary from the description and characterization of magnetic phase transitions, topological ordering, collective excitations in low energy regimes, dynamics of spins and magnetic domains, and magnon-mediated spintronics (also known as magnonics). Within the aforementioned topics, we were able to describe the influence of a BKT (Berezinskii-Kosterlitz-Thouless) topological phase transition in the spin current injection process in junctions composed of normal-metals and insulating-ferromagnets, observing a thermal switch effect in this injection at the exact temperature the material undergoes the phase transition, as well as the saturation effect of the spin current injection process, together with the great accuracy in obtaining the transition temperature for real systems [1]. We also describe the possible extinction of a BKT phase transition in magnetic systems with diagonal interactions [2]. We observe the cyclic conversion between different topological excitations of the Skyrmion-type [3]. Keywords: Nanomagnetism. Two-dimensional. Phase transition. Collective excitation