Dinâmica de spins na presença de defeitos em estruturas magnéticas confinadas: aplicações a nanodiscos magnéticos

Abstract

Neste trabalho nós investigamos a influência de defeitos artificiais inseridos em nanodiscos magnéticos na dinâmica do núcleo do vórtice. Primeiro consideramos a presença de buracos. A dinâmica foi analisada inicialmente na presença de um buraco e depois na presença de dois buracos. No geral, o núcleo cai no defeito mas, na presença de um único buraco, observamos um fenômeno interessantíssimo e pelo que sabemos, ainda não observado, a inversão de polaridade do núcleo do vórtice induzida pela pela interação vórtice-buraco. Este fenômeno ocorre em condições bastantes especiais, tais como o tamanho da cavidade, sua posição e o tamanho do disco. Qualquer mudança na geometria do disco, como a presença de um outro buraco, muda completamente a dinâmica do núcleo, levando a captura do vórtice por um dos defeitos. E importante resaltar que já existem técnicas litográficas capazes de produzir nanodiscos com este tipo de defeito. Nós também analizamos os efeitos de outro tipo de defeito (defeito tipo linha) na dinâmica do vórtice. Estudamos um modelo de nanodisco constituido de dois semi-discos de materiais ferromagnéticos diferentes, ou seja, com constantes de acoplamento diferentes. O principal resultado que encontramos foi que, dependendo da constante de acoplamento que liga os dois meios, a polarização do núcleo do vórtice pode ser dramaticamente e repetidamente invertida pela interface. Cada vez que ocorre a interação do núcleo com a interface uma grande quantidade de ondas de spins são criadas. Até onde sabemos, tal nanodisco com interface ainda não foi fabricado experimentalmente. O movimento do núcleo do vórtice foi investigado através de um modelo bidimensional simples, que imita um material real com defeitos.

In this work we investigate the influence of artificial defects inserted into thin magnetic nanodisks on the vortex core dynamics. First we consider the presence of one and two holes (antidots). In general, the core falls into the hole but, in particular, we would like to remark an interesting phenomenon not yet observed, which is the vortex core switching induced by the vortex-hole interactions. It occurs for the case with only one hole and for very special conditions involving the hole size and position as well as the disk size. Any small deformation in the disk geometry such as the presence of a second antidot changes completely the vortex dynamics and the vortex core eventually falls into one of the defects. After trapped, the vortex center still oscillates with a very high frequency and small amplitude around the defect center. It is important to remark that these kinds of defects can be already artificially produced in magnetic nanodisks by lithographic techniques. We also study the effects of another type of defect (a line defect) on the vortex. It is done by studying a nanodisk possessing two coupled materials with different ferromagnetic exchange constant. The common border line of the two media passes at the disk center dividing the system exactly in two similar semidisks. The main result of this study is that, depending on the magnetic coupling which connects the media, the vortex core can be dramatically and repeatedly flipped from up to down and vice versa by the interface. This amazing phenomenon is source of a burstlike emission of spin waves each time the switching process takes place. To our knowledge, such a nanodisk with an interface was not realized in laboratories yet. The vortex core motion was investigated with a simple description based on a two- dimensional odel which mimics a very thin real material with defects.