Fenômenos de spintrônica e magnônica em materiais magnéticos

Abstract

A spintrônica e a magnônica são áreas de desenvolvimento recente que se tornaram muito importantes na física da matéria condensada, em particular, no magnetismo. Um fenômeno que estudamos nesta tese foi o comportamento da precessão da magnetização de materiais magnéticos, quando excitada por micro-ondas na faixa de alguns GHz. Para isso montamos a técnica de ressonância ferromagnética de banda larga com linha de fita, de forma que pudemos fazer os mais diversos experimentos. Em particular pudemos variar a frequência em um intervalo considerável (1-10 GHz) dependendo do material. Estudamos também fenômenos envolvendo a conversão de corrente de spin em corrente de carga em bicamadas ferromagnética(FM)/metal normal(MN). A geração da corrente de spin se deu através de dois processos: a precessão da magnetização (spin pumping) ou com gradiente térmico (spin Seebeck). Como resultados mais importantes citamos as medidas de spin pumping e spin Seebeck feitas simultaneamente. Mostramos que os efei-tos se "somam" , além de evidenciarem que o amortecimento do material ferromagnético (FM) pode ser controlado pelo gradiente térmico. Outra demonstração importante desta tese foi mostrar que é difícil, mas possível separar o efeito spin Seebeck do efeito Nernst anômalo de um material ferromagnético metálico (FMM) usando uma estrutura do tipo FMM/AFI/MN, onde AFI se refere a um material antiferromagnético isolante que blo-queia a corrente de carga, mas permite o fluxo de corrente de spin. Para interpretar nossos dados construímos um modelo usando a equação de Boltzmann com base na função de distribuição de Fermi-Dirac e provamos que a teoria para descrever o comportamento em um material ferromagnético é similar a usada para descrever o comportamento dos mágnons em isolantes ferromagnéticos. Ressaltamos ainda que demonstramos de modo pioneiro com um experimento inovador que um material antiferromagnético produz uma corrente de spin que é detectável. Quando se estuda a física do estado sólido compreen-demos as diferentes propriedades que os materiais possuem. Uma dessas características é que partículas bosônicas (mágnons, fônons, fótons, etc) podem interagir. Um dos questi-onamentos que se faz sobre o comportamento dessas partículas é se elas carregam consigo momento angular de spin. Estudos com fônons geraram até o momento esse questiona-mento. Aqui demonstramos de forma pioneira usando a conversão mágnon-fônon que o fônon possui spin. Para isso realizamos experimentos de espalhamento de luz Brillouin que mostraram que a polarização do fônon convertido é circular. Para interpretar nos-sos dados construímos uma teoria quântica baseada na segunda quantização que explica muito bem nossos resultados.