Dinâmica e padrões emergentes de vórtices e skyrmions em heteroestruturas supercondutor-magneto quiral.
Skyrmions magnéticos. Vórtices em supercondutores. Heteroestrutura. Padrões
emergentes. Filmes finos multicamada. Simulação micromagnética. Dinâmica molécular.
Vórtices em supercondutores (vórtice de Abrikosov) vêm sendo estudados desde da década de
50 mostrando ter um potencial enorme em aplicações tecnológicas. Por outro lado, skyrmions
magnéticos passaram a serem estudados mais recentemente, tendo sido detectados pela
primeira vez em 2009, mostrando também, um grande potencial de aplicações, em especial
na tecnologia de informação e dispositivos de memória. Nos últimos anos surgiu um crescente
interesse em estudar heteroestruturas formadas por supercondutores e materiais magnéticos,
podendo hospedar vórtices e skyrmions, respectivamente. Nesta tese, abordamos teoricamente
a interação skyrmion-vórtice, para o caso de filmes finos, através de simulações numéricas e
argumentos analíticos. Estudamos o efeito do campo magnético produzido pelo vórtice no
skyrmion, para um filme supercondutor de espessura arbitrário. E calculamos a dependência
da energia de interação skyrmion-vórtice com a temperatura, estimando o seu valor no limite
de altas temperaturas. Quando a interação é atrativa o skyrmion pode se acoplar ao
vórtice, formando um par skyrmion-vórtice. Mostramos algumas propriedades dinâmicas deste
par. Depois passamos a investigar as configurações de equilíbrio da interação de muitos skyrmions
e muitos vórtices em um bicamada supercondutora-ferromagnética quiral. Quando o
acoplamento skyrmion-vórtice é fraco, ambos vórtices e skyrmions formam redes, quase triangulares,
homogêneas. Porém, quando aumentamos a energia de interação skyrmion-vórtice,
independentemente dela ser atrativa ou repulsiva, o padrão homogêneo dá lugar a padrões
metaestáveis diversos: aglomerados, listras, bolhas, listras intercaladas, e estruturas compostas
de aglomerados e bolhas. Abordamos as transições entre as fases, analiticamente, através
de uma análise baseada em teoria de campo médio, e por simulações de dinâmica molecular,
o que nos permitiu construir diagramas de fases detalhados mostrando a região no espaço
de parâmetros onde cada fase deve aparecer. Também demonstramos que, pela escolha adequada
dos parâmetros, pode-se alternar termicamente entre as fases homogênea e modulada
em densidade.