Magnetização e densidade de cargas emergentes em função do campo em gelos de spin artificiais

Abstract

A frustração geométrica em materiais conhecidos como gelos de spin, materiais que pos- suem seus momentos magnéticos obedecendo a regra do gelo magnética (regra similar à que as moléculas de água obedecem no estado sólido), vêm atraindo grande atenção dos pesquisadores desde a última década devido à emergência de quasi-partı́culas, se- melhantes a monopolos magnéticos. A pesquisa sobre estas quasi-partı́culas vêm sendo direcionada à nanoilhas magnéticas, conhecidas como gelos de spin artificiais (GSA), cuja sua nanofabricação se dá através da litogafia eletrônica, e diferentemente dos gelos de spin naturais permitem observação dos monopolos magnéticos através de técnicas de micros- copia magnética e a manipulação dos mesmos em temperatura ambiente. Neste trabalho apresentamos três estudos sobre GSA, sendo que o primeiro destes estudos investiga as excitações que emergem em redes de GSA com diferentes parâmetros, durante um pro- cesso de reversão da magnetização, através da técnica de microscopia de força magnética. Os resultados mostram que a mudança nas dimensões no parâmetro de rede pode alterar propriedades como coercividade e densidade de monopolos. No segundo estudo foi mos- trado que estas mesmas propriedades podem ser alteradas, sem mudar as dimensões da rede, em vez disso, alterando as densidades de cargas elétricas no substrato através da ab- sorção de luz. Por fim o último estudo mostra que as excitações semelhantes à monopolos magnéticos podem ser investigadas através de medidas de magnetorresistência. Palavras-chave: Gelos de spin. Nanofabricação. Magnetorresistência. Monopolo.

Geometric frustration in materials known as spin ice, materials that have their magnetic moments obeying the magnetic ice rule (rule similar to that obeyed by water molecules in the solid state), has attracted great attention from researchers since the last decade due to emergence of quasi-particles, similar to magnetic monopoles. Research on these quasi-particles has been directed to magnetic nanoislands, known as artificial spin ice (ASI), whose nanofabrication occurs through electronic lithography, and unlike natural spin ice, it allows the observation of magnetic monopoles by means of magnetic microscopy techniques and the manipulation of them at room temperature. In this paper we present three studies on ASI, the first investigates the excitations that emerge in ASI network with different parameters, during a magnetization reversal process, through the technique of magnetic force microscopy. The results show that the change in dimensions the lattice parameter can change properties such as coercivity and density of monopoles. In the second study it was shown that these same properties can be changed without changing the lattice dimensions instead by changing the densities of electric charges on the substrate through light absorption. Finally, the latest study shows that excitations like magnetic monopole can be investigated by means of magnetoresistance measurements. Keywords: Spin ice. Nanofabrication. Magnoresistance. Monopole.