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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.43.2021.tde-03032021-114531
Document
Author
Full name
Ivan de Paula Miranda
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Petrilli, Helena Maria (President)
Cezar, Julio Criginski
Muniz, Roberto Bechara
Silva, Luis Gregorio Godoy de Vasconcellos Dias da
Sommer, Rubem Luís
Title in Portuguese
Estrutura eletrônica e dinâmicas de spins aplicadas a multicamadas metálicas e sistemas nanoestruturados
Keywords in Portuguese
Fenômenos Magnéticos
Física do Estado Sólido
Física Estatística
Magnetismo
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, apresentamos o estudo teórico de vários materiais magnéticos nanoestruturados. Para estes sistemas investigamos a estrutura eletrônica e propriedades magnéticas, via cálculos baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), e/ou dinâmica da magnetização no contexto da construção de spins. Para o magnetismo de superfície (ou sistemas de baixa dimensionalidade), apresentamos cálculos ab-initio da estrutura eletrônica de bicamadas de Pd/Fe e Pd/Co sobre um substrato de Ir(111), com o foco na investigação dos mecanismos microscópicos responsáveis pela formação de configurações magnéticas de spin não-colineares. Utilizando os momentos magnéticos e parâmetros de troca isotrópicos e anisotrópicos (Dzyaloshinskii-Moriya) obtidos via cálculos de primeiros princípios, realizamos simulações da dinâmica de spins baseadas na aproximação atomística (modelo de Landau-Lifshitz-Gilbert) nestes e em outros sistemas de interesse, visando analisar os efeitos de temperatura e/ou da aplicação de campo magnético nas texturas magnéticas destes sistemas e comparar com dados experimentais, se existentes. Adicionalmente, implementamos o cálculo do damping () no método de primeiros princípios no espaço-real Real Space-Linear Muffin Tin Orbital -Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA). As potencialidades desta metodologia foram exploradas no estudo da anisotropia de damping na superfície de Fe50Co50(100) e da influência causada por defeitos 4d e 5d na multicamada Pd/Fe/Ir(111), de forma a ter uma descrição mais precisa deste parâmetro em sistemas com quebra de simetria como aglomerados embebidos em superfícies. Esta é a primeira vez que o cálculo ab-initio de espaço-real para a interação de Dzyaloshinskii-Moriya é aplicado em conjunto com a dinâmica atomística de spins a fim de se estudar skyrmions a temperatura e campo finitos. Além disso, é inédita a investigação do damping em sistemas heterogêneos e/ou aglomerados contendo impurezas.
Title in English
Electronic structure and spin dynamics applied to metallic multilayers and nanostructured systems
Keywords in English
Magnetic Phenomena
Magnetism
Solid State Physics
Statistical Physics
Abstract in English
Here we present theoretical investigation of several nanostructured magnetic materials. The electronic structure and magnetic properties are obtained via first-principles calculations based on the Density Functional Theory (DFT), and/or magnetization dynamics in the context of the atomistic spins framework. For the surface magnetism (or low dimension systems), we present ab-initio calculations of the electronic structure of the Pd/Fe and Pd/Co bilayers deposited on Ir(111), focusing on the investigation of the microscopic mechanisms which are responsible for the formation of noncollinear magnetic configurations. Using the magnetic moments, and isotropic and anisotropic (Dzyaloshinskii-Moriya) parameters obtained via first-principles calculations, we performed simulations of the spin dynamics based on the atomistic approximation (Landau-Lifshitz-Gilbert model) in these and others systems of interest, aiming to analyze the effects of temperature and/or the application of an external magnetic field in the magnetic textures of these systems and compare with experimental data, if available. Additionally, we implemented the damping () calculation in the first-principles real-space method Real Space-Linear Muffin Tin Orbital -Atomic Sphere Approximation (RS-LMTO-ASA). The potential of this methodology was explored in the study of the damping anisotropy in Fe50Co50(100) surface and in the influence of 4d and 5d defects on the Pd/Fe/Ir(111) multilayer, to have a more precise description of this parameter in systems with lack of inversion symmetry, such as clusters embedded in surfaces. This is the first time that a real-space ab initio calculation for the Dzyaloshinskii-Moriya interaction is used together with atomistic spin dynamics simulations to study skyrmions subjected to finite temperature and external magnetic fields. Furthermore, the investigation of the damping parameter in heterogeneous systems and clusters containing impurities is new on literature.
 
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Publishing Date
2021-03-04
 
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