Dinâmica e nucleação de sólitons magnéticos em geometrias curvas

Abstract

Este trabalho tem como objetivo estudar a nucleação, estabilidade e dinâmica de sólitons magnéticos em materiais ferromagnéticos, com especial interesse no efeito que a curvatura produz sobre as propriedades destes modos coletivos da magnetização. Iniciamos o o tra- balho com um estudo de dois skyrmions em camadas ferromagnéticas separadas, acoplados por interação RKKY. Mostramos que este acoplamento permite estados ligados entre os dois skyrmions, o que pode afetar suas propriedades, como o raio. Em seguida passamos para estudar o efeito da curvatura sobre a magnetização, onde escolhemos estudar a dinâmica de uma parede de domı́nio em um fio magnético cilı́ndrico curvo, descrito como a seção de um toroide. Mostramos que a presença da curvatura reintroduz o limite de Walker e obtivemos uma previsão analı́tica do seu valor para o limite de pequenas curvaturas. Foi estudado também os mecanismos de reversão magnética em superfı́cies toroidais, onde mostramos que um dos modos de reversão é através da nucleação de hópfions. Por fim, buscamos uma maneira de descrever as propriedades magnéticas de uma superfı́cie com curvatura arbitrária. Palavras-chave: Sólitons magnéticos. Magnetismo. Skyrmions. Geometrias curvas.This work aims to study nucleation, stability, and dynamics of magnetic solitons in fer- romagnetic materials, with a particular interest in describing curvature effects on the properties of such magnetization collective modes. We start by studying two skyrmions in separated layers coupled by RKKY interaction, and we show that this coupling enables a bound state between them, which can affect properties like their radius. After this, we started analyzing the curvature-induced effects on the magnetization by analyzing the dynamics of a domain wall displacing in a bent cylindrical wire, described as a torus section. We show that the curvature brings back the Walker limit and obtain an analytical expression for it in the limit of small curvatures. We also study the magnetization reversal mechanisms in toroidal structures, where we show that one of the reversal modes consists of the nucleation of a hopfion. Finally, we conclude by describing the magnetic properties of a surface with an arbitrary curvature. Keywords: Magnetic solitons. Magnetism. Skyrmions. Curved geometries.