Simulação Micromagnética de Paredes de domínio magnético para memórias computacionais

Resumo

Este trabalho tem como objetivo investigar o movimento de paredes de domínio magnético em materiais ferromagnéticos na forma de filmes finos nanoestruturados, onde os domínios magnéticos formados nos nanofios representam bits em dispositivos de memória (PARKIN; HAYASHI; THOMAS, 2008). A análise desses sistemas, relevantes para a spintrônica, é fundamentada em simulações micromagnéticas realizadas com softwares como OOMMF, MuMax3 e FastMag (HUA; WU; YU, 2024; KUTEIFAN, 2018), que permitem modelar a dinâmica da magnetização sob diferentes condições físicas e geométricas. As simulações foram conduzidas a partir da equação de Landau–Lifshitz–Gilbert (LLG) (HUA; WU; YU, 2024), considerando estruturas unidimensionais com magnetização oposta nas extremidades, o que gera uma parede de domínio intermediária cuja propagação é induzida por campos magnéticos externos (PARKIN; THOMAS; YANG, 2014; BLÄSING et al., 2020). A metodologia adotada incluiu a variação de parâmetros como espessura dos nanofios, magnetização de saturação, constante de anisotropia e coeficiente de amortecimento. Para cada configuração, foram registrados o deslocamento da parede ao longo do tempo e calculadas as velocidades, permitindo a construção de curvas de desempenho. Os resultados mostraram que o aumento do amortecimento reduz a velocidade de propagação, enquanto a magnetização de saturação influencia positivamente o movimento da parede. A análise foi estendida a estruturas com acoplamento antiferromagnético (AFC), nas quais se observou uma resposta dinâmica mais complexa e vantajosa para aplicações tecnológicas, como memórias do tipo racetrack (PARKIN; HAYASHI; THOMAS, 2008; KUTEIFAN, 2018). As simulações indicaram que paredes de domínio com acoplamento AFC apresentam desempenho superior, com maior controle e estabilidade frente a variações de campo externo. Os dados obtidos foram consistentes com os disponíveis na literatura e com resultados de grupos de pesquisa internacionais, validando os modelos utilizados e apontando caminhos promissores para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos de alta eficiência.Palavras-chave: paredes de domínio; simulações micromagnéticas; ferromagnetismo; acoplamento antiferromagnético.ReferênciasASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023: Informação e documentação – Referências – Elaboração. Rio de Janeiro: ABNT, 2018.BLÄSING, R. et al. Magnetic racetrack memory: From physics to applications. Proceedings of the IEEE, v. 108, n. 8, p. 1303–1321, 2020.HUA, C.; WU, K.; YU, W. Micromagnetic simulation tools: OOMMF, Mumax3, and COMSOL Multiphysics. In: WU, K.; WANG, J.-P. (ed.). Magnetic nanoparticles in nanomedicine. Cambridge: Woodhead Publishing, 2024. p. 37–80.KUTEIFAN, M. Micromagnetic modeling of spintronic devices for memory and recording applications. 2018. Tese (Doutorado) – University of California, San Diego.MALOZEMOFF, A.; SLONCZEWSKI, J. Magnetic domain walls in bubble materials. New York: Academic Press, 1979.PARKIN, S. S. P.; HAYASHI, M.; THOMAS, L. Magnetic domain-wall racetrack memory. Science, v. 320, p. 190, 2008.PARKIN, S.; THOMAS, L.; YANG, S.-H. Domain wall motion in magnetized wires with AFC multilayers. US Patente 8,687,415 B2, 2014.YAN, M. et al. Domain wall dynamics in magnetic wires. Applied Physics Letters, v. 99, 122505, 2011.HIROHATA, A. et al. Review on spintronics: Principles and device applications. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 509, 166711, 2020.