Um estudo de nano-partículas magnéticas via simulação computacional

Neste trabalho apresentamos um estudo computacional de magnetismo em nano-escala. Modelamos as propriedades magnéticas de nano-partículas usando um modelo de spins clássicos na rede. Em nosso modelo consideramos interações de troca e dipolar. Enquanto o termo de troca age somente entre primeiros vizinhos o segundo é de longo alcance e deve ser computado entre todos os spins do sistema. Neste trabalho nós discutimos modelos alternativos para o termo de dipolo. Nossos cálculos mostram que as interações dipolares não podem ser aproximadas por qualquer corte no potencial. A influência da geometria da nano-partícula e a aplicação de campos externos na formação de estruturas do tipo vórtice foi estudada em diversas situações. Nós determinamos as condições em que um vórtice aparece como o estado fundamental do modelo e como sua morfologia éafetada pela geometria da nano-partíucula. Pares de vórtice-antivórtice aparecem no sistema quando aumentamos a temperatura. Acredita-se que a criação e aniquilação desses pares é o mecanismo de inversão de polaridade do vórtice. Nossas simulações não corroboram estemecanismo. Avaliamos, tamb´em, o comportamento das nano-partículas na presença de um campo magnético externo. Obtivemos curvas de histerese típicas de nanoestruturas. Estudamos o efeito de Exchange-bias, considerando nano-discos depositados sobre substratos antiferromagnéticos. In this work we present a computational study of magnetism in nano-scale. We modeled the magnetic properties of nano-particles using a classical spins model defined in a lattice. In our model we consider exchange and dipolar interactions as well. The former acts only betweenfirst neighbors while the latter is long-ranged and must be computed between all the spins on the system. We have discussed alternative models for the dipole term. Our calculations show that the dipolar interactions cannot be approximated by any cutoff in the potential.The influence of the geometry of the nano-particle and the application of external fields in the formation of vortex structures were studied in several situations. We have determined the conditions under which a vortex appears as the ground state of the model and how theirmorphology is affected by the geometry of the nano-particle. Vortex-antivortex pairs appear in the system when the temperature is raised. It is believed that a vortex-antivortex creation and annihilation mechanism is responsible for the polarity switching of the vortex. Our simulations do not give support to this mechanism.We have also studied the behavior of nano-particles in the presence of an external magnetic field. Typical nanostructures hysteresis curves were obtained. The effect of exchange-bias in nano-disks deposited over antiferromagnetic substrates is also considered.