Dinâmicas de spins em materiais antiferromagnéticos nanoestruturados a partir de cálculos ab-initio: formação e estabilidade de skyrmions

Resumo

Este projeto almeja o desenho racional de novos materiais magnéticos com potencial aplicação em spintrônica. Ênfase será dada ao magnetismo de sistemas nano-estruturados com configuração magnética complexa e, em especial, à investigação do surgimento de skyrmions. Estudaremos sistemas antiferromagnéticos e/ou antiferromagnéticossintéticos (AFS), devido à promissora possibilidade de transporte com baixa dissipação e sem produção de calor, além de uma dinâmica de spins significativamente mais rápida do que a de um material ferromagnético. Os principais sistemas a serem estudados são multicamadas do tipo Pt/Co/NM/M/Pt onde NM = Cu, Ru, Ir, W e M = Fe,Co, Ni. Diferentes combinações destes materiais serão exploradas investigando a formação, estabilidade, tamanho e manipulação de skyrmions AFS em função da espessura das camadas. Também multicamadas ferromagnéticas do tipo Pd/Co/Pd serão estudadas, para verificar a existência de skyrmions à temperatura ambiente e campos externos nulos, como observado experimentalmente na literatura. É esperado que esta profunda investigação e análise comparativa, permita balizar os resultados obtidos nos desafiantes sistemas AFS e avaliar quais elementos contribuem para a formação de skyrmions pequenos e estáveis. O estado-da-arte no arsenal teórico para simulações in silico destes sistemas será aplicado: o método RS-LMTO-ASA, baseado na DFT, para o cálculo das propriedades magnéticas no estado fundamental, e o código UppASD para os cálculos de dinâmicas de spins, como função da temperatura e campo aplicado. Realizaremos desenvolvimentos teóricos e computacionais, acompanhados de colaborações com grupos teórico, no exterior, e experimental no Brasil. A complexidade e novidade dos mecanismos envolvidos na formação de skyrmions nos AFS é o grande desafio abordado no presente projeto. (AU)