Banca de DEFESA: MATHEUS VALENCA CORREIA

Uma banca de DEFESA de DOUTORADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE: MATHEUS VALENCA CORREIA
DATA : 25/02/2026
HORA: 09:00
LOCAL: Sala de Videoconferência do Departamento de Física
TÍTULO:

Skyrmions magnéticos em antiferromagnetos sintéticos: estabilidade, dinâmica e autopropulsão

PALAVRAS-CHAVES:

Skyrmions magnéticos; Antiferromagneto sintético; Efeito Hall de Skyrmion;
Matéria ativa; Autopropulsão; Spintrônica.

 

 

PÁGINAS: 184
RESUMO:

Os skyrmions magnéticos são texturas magnéticas semelhantes a redemoinhos de magnetização,
estabilizados em materiais ferromagnéticos (FM), despertando crescente interesse
para aplicações em spintrônica devido à sua inerente estabilidade topológica, dimensões
nanométricas e movimento induzido por baixos valores de correntes elétricas.
Esta tese pretende investigar a estabilidade, a dinâmica induzida por corrente elétrica
polarizada por spin e a autopropulsão emergente dessas texturas topológicas em antiferromagnetos
sintéticos (do inglês, synthetic antiferromagnets ou SAFs) — um sistema
de multicamadas FM acopladas de forma antiferromagnética. Com esse intuito,
adotamos uma metodologia que combina simulações micromagnéticas da equação
semiclássica de Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) estocástica com o desenvolvimento de
um modelo analítico baseado na descrição de quase-partícula fornecida pela equação
de Thiele. Inicialmente, apresentamos o diagrama de fases magnéticas encontrado para
SAFs homoquirais e heteroquirais—compostos, respectivamente, por camadas FM de
vetores de Dzyaloshinskii-Moriya (DM) paralelos e antiparalelos—com foco nos pares
ligados de skyrmion em arranjos coaxial e não-coaxial obtidos durante nosso estudo.
Em particular, verificamos que o aumento do acoplamento RKKY intercamada promove
o par não-coaxial como o estado ligado preferencial do SAF heteroquiral. Em
seguida, investigamos a dinâmica dos pares de skyrmions em SAFs desbalanceados,
caracterizados por assimetrias na interação DM (DMI) e na saturação magnética das
camadas FM. Já é sabido que os SAFs permitem uma carga topológica líquida nula e,
consequentemente, o cancelamento do efeito Hall de Skyrmion (SkHE) — a deflexão
transversal de skyrmions em movimento numa camada FM. A eliminação do SkHE é
crucial para aplicações em spintrônica que utilizam o skyrmion como o portador de informação,
como é o caso das memórias racetrack. Ao investigar a persistência do SkHE
quando os skyrmions são colocados em movimento a partir do modelo de Zhang-Li
para o efeito de torque de transferência de spin (STT), demonstramos que o cancelamento
do SkHE é robusto contra desequilíbrios em diversos parâmetros materiais, tais
como as magnitudes relativas das constantes de DMI e da anisotropia, mas é sensível
a assimetrias na injeção de correntes polarizadas por spin nas camadas FM e nas magnetizações
de saturação. Além disso, revelamos que os SAFs heteroquirais não apenas
estabilizam pares ligados em uma configuração não-coaxial, mas também facilitam sua detecção experimental através de campos dispersos (stray fields). Em uma segunda
fase do estudo, demonstramos teoricamente que esses pares não-coaxiais apresentam
um comportamento notável, funcionando como "nadadores" autônomos e autopropelidos
em escala nanométrica. Ao excitar modos de respiração (breathing modes) simétricos
(SBM) ou antissimétricos (ABM) através de campos elétricos ou magnéticos externos
e oscilantes, a simetria de reversão temporal do par é quebrada, gerando forças
girotópicas (Magnus) não-recíprocas que resultam em um deslocamento líquido do
par, com a velocidade de autopropulsão orientada perpendicularmente à direção da
ligação. O modelo baseado em Thiele descreve completamente a excitação simétrica
em um regime de acoplamento RKKY fraco entre as camadas e permite o cálculo da velocidade
de autopropulsão projetando-se a trajetória do skyrmion no espaço de forma
(shape space) gerado pelo comprimento da ligação do par de skyrmions e pelo coeficiente
de dissipação. Verifica-se que a autopropulsão é maximizada quando a frequência
de excitação coincide com a frequência natural dos modos de respiração, atingindo
velocidades bastante elevadas, da ordem de centenas de milhões de comprimentos corporais
por segundo, superando qualquer nadador natural ou artificial conhecido. Finalmente,
a análise com presença de temperatura revela que o ruído térmico induz o
par de skyrmions a comportar-se como uma partícula browniana ativa (ABP), apresentando
uma transição de movimento dominado por difusão para movimento balístico
quando a amplitude de excitação é aumentada. O aumento da temperatura leva
o par de skyrmions a exibir reorientações espontâneas e reversões momentâneas da
propulsão, comportamentos semelhantes aos de nadadores biológicos (por exemplo,
bactérias flageladas e microalgas). Embora o mecanismo de nado para o caso de acoplamento
forte ainda não seja totalmente compreendido, nossos resultados fundamentam
a proposta de matéria ativa skyrmiônica baseada no movimento de pares ligados de
skyrmion-skyrmion em SAFs heteroquiirais, abrindo novas perspectivas para o desenvolvimento
de metamateriais magnéticos reconfiguráveis e dispositivos de computação
neuromórfica baseados nessas novas texturas topológicas autônomas, estabelecendo
uma ponte entre a spintrônica e a física da matéria ativa.

 

 

 

 

MEMBROS DA BANCA:
Externo à Instituição - RAMON CARDIAS ALVES DE ALMEIDA - CBPF
Interna - 2412267 - AZADEH MOHAMMADI
Presidente - 2298925 - CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
Externa à Instituição - FANNY BÉRON - UNICAMP
Interno - 3346947 - RAI MACIEL DE MENEZES