Inicialmente, estudamos a densidade de corrente crítica para reversão da magnetização em nanoelementos ultrafinos de Ferro, que apresentam maiores valores de magnetização de saturação e energia de anisotropia uniaxial, conforme tabela 4.1.
A figura 4.6 mostra o comportamento da densidade de corrente crítica em relação à espessura do filme (t) para nanoelementos circulares de diâmetro L (nm) e espessura t (nm), onde t = 1.0 nm, 1.5 nm, 2.0 nm e 2.5 nm e L assume valores entre 34 nm e 107 nm.
tica (JC) e a espessura da camada livre do sistema (t). Quanto maior a espessura do nano-
elemento, menor o torque por transferência de spin e, portanto, a reversão da magnetização ocorrerá para uma densidade de corrente elevada. Para o nanoelemento de Fe com dimensão de 35 nm ×1 nm a densidade de corrente de reversão é igual a 11, 2 × 107A/cm2, o que representa
uma redução de 46% em relação ao nanoelemento com o dobro da espessura (34 nm × 2 nm), no qual JC = 20, 8 × 107 A/cm2.
Figura 4.6: Curvas da densidade de corrente crítica (JC) em função diâmetro (L) de um nanoe-
lemento circular de Ferro, para espessuras variáveis.
Além disso, a figura 4.6 revela uma certa estabilização de JC com o aumento das
dimensões da estrutura. Essa densidade de corrente crítica limiar (J∗
C) é aproximadamente
igual a 12, 8 × 107 A/cm2 para nanoelementos de espessura igual a 2.5 nm e assume a metade
do valor (J∗
C = 6, 4 × 107A/cm2) quando t = 1.0 nm.
Assim, considerando a densidade de corrente crítica limiar para nanoelementos circu- lares de Fe com diâmetros da ordem de 100 nm, a figura 4.7 mostra um aumento aproximada- mente linear da densidade de corrente com a espessura do material. Resultado este corroborado pelo estudo experimental de Albert et al. (2002) (detalhe da figura 4.7) para elementos com dimensões laterais de mesma ordem de grandeza do presente estudo e material de Cobalto (Co), que apresenta magnetização de saturação e rigidez de troca similares ao Fe (MS,Co = 1, 4 × 106
Figura 4.7: Curva da densidade de corrente crítica limiar em função da espessura para nanoe- lemento circular de Ferro obtida numericamente. Destaca-se no detalhe da figura o resultado obtido por Albert et al. (2002) para medidas realizadas com Co, no qual as duas curvas são para tempos de aplicação do pulso de correntes diferentes.
As curvas de reversão de nanoelementos circulares de Fe com diâmetros da ordem de 110 nm para espessuras entre 1.0 nm e 2.5 nm são mostradas na figura 4.8. A completa reversão da magnetização ocorre de forma direta, apresentando potencial para aplicações em MRAM.
Figura 4.8: Curvas de reversão de nanoelementos circulares de Fe com dimensões aproximadas de 110 nm × t (nm).
A figura 4.9 exibe a curva de reversão da magnetização para o nanoelemento de Fe 127.5 nm × 2.5 nm em função da corrente polarizada negativamente. Pretendemos identificar o comportamento da reversão da magnetização do nanoelemento, destaca-se, portanto, os pontos A, B e C. Os dois primeiros evidenciam os momentos anterior e posterior à reversão, respecti- vamente. Os mapas dentro da figura mostram, à esquerda, a direção da magnetização no ponto C, no qual a densidade de corrente é nula, e o campo dipolar nessa região (à direta). Neste ponto, como a corrente é nula não há torque de corrente e o nanoelemento se mantém estável neste estado até atingir uma corrente de aproximadamente 12, 6 × 107A/cm2, na qual o torque
do campo devido à corrente passa a competir com os campos que estabilizam o elemento.
Figura 4.9: Curva de reversão da magnetização do nanoelemento de Fe com dimensão 127.5 nm × 2.5 nm. A e B representam os pontos imediatamente antes e após a reversão. C é o ponto no qual J = 0. Destaca-se dentro da figura os mapas da magnetização (à esquerda) e do campo dipolar (à direita) do ponto C.
Os mapas da magnetização, do campo dipolar (HDip) e do campo de corrente polari-
zada em spin (HST T) detalham suas direções e as intensidades dos campos no ponto anterior à
reversão (A) e no ponto de reversão (B), figura 4.10, para o nanoelemento de Fe com dimensão 127.5 nm × 2.5 nm.
Figura 4.10: Mapas da magnetização (à esquerda), do campo dipolar HDip (ao centro) e do
campo de torque por transferência de spin HST T (à direita) nos pontos A e B para o nanoele-
mento de Fe com dimensão 127.5 nm × 2.5 nm. As barras de cores indica a intensidade dos campos e estão nas mesma escala para o campo dipolar e na mesma escala de cores para o campo de torque de spin.
Em A, corrente imediatamente antes da reversão, temos que os momentos magnéticos nas bordas do elemento se curvam saindo do eixo x (A1figura 4.10). A2indica o mapa do campo
dipolar que apresenta módulo máximo para os momentos fora do eixo de anisotropia. Em A3,
temos que o torque de spin é totalmente contrário à magnetização de intensidade média local de 1.5 kOe. A próxima corrente, 12, 8 × 107A/cm2, reverte completamente a magnetização. Esta é
a correte de reversão de interesse, JC, que indica a corrente mínima para o qual a magnetização
reverte completamente. B1, B2 e B3, indicam o mapa dos momentos magnéticos, do campo
dipolar e do campo de torque de spin para a corrente de reverão, respectivamente. Pontos onde estes campos favorecem a magnetização negativa de todo o elemento. Assim, observa- se que os momentos magnéticos se realinharam antiparalelamente ao seu estado inicial, ou seja, houve uma completa reversão da magnetização. O campo dipolar apresenta praticamente a mesma intensidade em ambas as situações (HDip ≈ 7 kOe), mas, devido à reversão, seu
sentido também é alterado. Já o campo de torque por corrente, responsável pela reversão da magnetização, torna-se mais intenso nos pontos B (HST T ≈ 3.6 kOe), onde a densidade de
Apesar da não variação de JC após determinada dimensão em todas as espessuras,
tanto para a geometria circular, quanto para a elíptica, a corrente injetada continua crescendo linearmente (figura 4.11), pois JC é uma densidade e a área superficial da camada livre continua
aumentando.
Figura 4.11: Relação entre a corrente aplicada ao nanoelemento circular de Ferro e a área superficial da camada livre do sistema, onde L assume valores entre 34 nm e 107 nm.