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Anisotropia magnética em nanofilmes com assimetria cristalográfica
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2016-02-26) Celino, Klaydson Reinaldo; Bezerra, Claudionor Gomes; ; http://lattes.cnpq.br/5085046065890176; ; http://lattes.cnpq.br/2441482506223959; Feitosa, Carlos Chesman de Araújo; ; http://lattes.cnpq.br/1150673024968512; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; ; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; Costa, Carlos Humberto Oliveira; ; http://lattes.cnpq.br/4056658417684725; Costa Filho, Raimundo Nogueira da; ; http://lattes.cnpq.br/0434393043515628
Esta Tese compreende um estudo teórico sobre a influência da anisotropia magnetocristalina nas propriedades magnéticas estáticas e dinâmicas de filmes finos: monocamadas e tricamadas acopladas através dos campos de troca bilinear e biquadrático, para situações nas quais os sistemas são crescidos em direções não usuais [hkl] de baixa simetria. Usando uma teoria baseada em um modelo fenomenológico realístico para descrever sistemas magnéticos nanométricos, consideramos a energia magnética livre total incluindo a interação Zeeman, anisotropias magnetocristalinas cúbica e uniaxial, anisotropias desmagnetizante e de superfície, bem como os termos de troca. Os cálculos numéricos são conduzidos através da minimização da energia magnética total a partir da determinação das configurações estáticas de equilíbrio. Consideramos parâmetros experimentais da literatura para ilustrar nossos resultados em sistemas tipo Fe/Cr/Fe. Em particular, um total de seis diferentes cenários magnéticos é analisado para três grupos de campos de troca e as direções de crescimento de baixa simetria [211] e [321]. Após minimizarmos numericamente a energia total, utilizamos as configurações de equilíbrio para obter curvas de magnetização e de magnetoresistência com as respectivas fases magnéticas e os campos críticos de transições de fases. Estes resultados também são usados para a determinação da fronteira de ocorrência dos estados saturados. Dentro do contexto das ondas de spin, resolvemos a equação de movimento para estes sistemas a fim de encontrarmos as respectivas relações de dispersão associadas. Os resultados mostram curvas de magnetização e magnetoresistência similares em ambos os cenários [211] e [321], com comportamento de transição magnética equivalente. No entanto, a combinação entre simetrias peculiares e a influência da energia de troca resulta em propriedades cativantes, incluindo a geração de estados magnéticos dependentes da direção de crescimento e aumento de incompatibilidade entre valores de campo de saturação da magnetização e magnetoresistência para eixos anisotrópicos cúbicos intermediários, particularmente no regime onde os campos de troca bilinear e biquadrático são comparáveis. As relações de dispersão e os resultados estáticos são coerentes, com as fases magnéticas também presentes em ambos os modos acústico e óptico. Excitações de Goldstone são observadas particularmente nos eixos anisotrópicos cúbicos intermediários, um efeito relacionado às transições de segunda ordem e à quebra espontânea de simetria imposta pela combinação entre o acoplamento biquadrático e as anisotropias cúbica e uniaxial.
Band gaps and transmission spectra in generalized Fibonacci σ(p,q) one-dimensional magnonic quasicrystals
(IOP Publishing., 2013) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Vasconcelos, Manoel Silva de
We employ a microscopic theory to investigate spin wave (magnon) propagation through their dispersion and transmission spectra in magnonic crystals arranged to display deterministic disorder. In this work the quasiperiodic arrangement investigated is the well-known generalized Fibonacci sequence, which is characterized by the σ(p,q) parameter, where p and q are non-zero integers. In order to determine the bulk modes and transmission spectra of the spin waves, the calculations are carried out for the exchange dominated regime within the framework of the Heisenberg model and taking into account the random phase approximation. We have considered magnetic materials that have a ferromagnetic order, and the transfer-matrix treatment is applied to simplify the algebra. The results reveal that spin wave spectra display a rich and interesting magnonic pass- and stop-bands structures, including an almost symmetric band gap distribution around of a mid-gap frequency, which depends on the Fibonacci sequence type
Band gaps in the terahertz frequency range in quasiperiodic one-dimensional magnonic crystals
(Elsevier, 2010) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Barbosa, P. H. R.; Barbosa Filho, F. F.; Vasconcelos, Manoel Silva de; Albuquerque, Eudenilson Lins de
In this work we investigate magnonic band gaps, in the terahertz (THz) frequency range, in periodic and quasiperiodic (Fibonacci sequence) magnonic crystals formed by layers of Cobalt (Co) and Permalloy (Py). Our theoretical model is based on a magnetic Heisenberg Hamiltonian in the exchange regime, together with a transfer-matrix treatment within the random-phase approximation (RPA). For periodic arrangements the bulk band structure is analogous to those found in photonic crystals, while for quasiperiodic multilayers it presents additional pass bands similar to those found in doped electronic materials
Estados de borda em cristais fotônicos topológicos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-08-25) Silva, Daniel Borges; Bezerra, Claudionor Gomes; https://orcid.org/0000-0001-9660-2142; http://lattes.cnpq.br/5085046065890176; https://orcid.org/0000-0002-6691-4441; http://lattes.cnpq.br/9292465482311426; Chaves, André Jorge Carvalho; Costa, Carlos Humberto Oliveira; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; Pinheiro, Felipe Arruda de Araújo; Mohan, Madras Viswanathan Gandhi; http://lattes.cnpq.br/1995273890709490
Nos últimos anos, a pesquisa em cristais fotônicos topológicos vem ganhando destaque devido à possibilidade de simular efeitos quânticos com eles e as possibilidades de implementação tecnológica em dispositivos cujo fluxo de informação se dá com base na luz. Físicos e engenheiros vêm procurando novos sistemas que apresentam comportamento topológico, assim como vêm buscando entender melhor as características dos sistemas já existentes. Os cristais fotônicos topológicos são materiais artificiais onde as propriedades eletromagnéticas variam periodicamente no espaço e onde possuem o invariante topológico não nulo que pode ser garantido por meio de alguma perturbação no sistema e, como consequência, induzindo o surgimento de uma fase topológica. Nesta tese nós induzimos a fase topológica usando perturbações geométricas em quatro tipos de cristais fotônicos bidimensionais compostos de hastes dielétricas. Nós estudamos redes triangulares com simetria pontual C6 e verificamos que a perturbação abre um gap completo na estrutura de bandas dos sistemas. Verificamos ainda que alguns valores de perturbação levam os sistemas a fases topologicamente não-triviais. Como consequência, notamos a emergência de estados de borda dentro do gap recém aberto. Esses estados apresentam características de pseudospin e são protegidos pela própria topologia do sistema, de modo que eles são bem localizados espacialmente e robustos em relação a desordens e defeitos. Tal robustez significa que a luz transmitida ao longo da interface formada por cristais triviais e nãotriviais irá enfrentar os defeitos sem grandes perdas energéticas, reflexões ou mudanças de fluxo, criando assim um canal coerente para a propagação da luz.
Estudo dos cristais fotônicos quasi-periódicos de Fibonacci, Octonacci e Dodecanacci com grafenos
(2016-10-26) Silva, Everson Frazão da; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; ; http://lattes.cnpq.br/5742169631007551; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; ; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; Costa, Carlos Humberto Oliveira; ; http://lattes.cnpq.br/4056658417684725
A riqueza das propriedades ópticas e eletrônicas do grafeno tem atraído um enorme interesse. O grafeno tem alta mobilidade e transparência óptica, além da flexibilidade, robustez e estabilidade. Até recentemente, o foco principal tem sido a física fundamental e a física dos dispositivos eletrônicos. No entanto, acreditamos que o verdadeiro potencial dos grafenos encontra-se na fotônica e na optoeletrônica, onde a combinação das suas propriedades ópticas e electrônicas são únicas e podem ser plenamente exploradas, mesmo na ausência de um “band gap” eletrônico. Nesta tese estudamos os espectros de transmissividade óptica em multicamadas dielétricas periódicas (cristais fotônicos) e em multicamadas que obedecem a sequências quasiperiodicas (quasi-cristais fotônicos) compostos por grafenos e comparamos nossos resultados com as mesmas estruturas sem grafenos. Deste modo, no primeiro momento calculamos o espectro de transmitância em cristais fotônicos, formados por alternadas camadas de dielétricos com permissividades eA e eB, apenas para efeitos comparativos. No segundo momento introduzimos entre os materiais dielétricos monocamadas de grafeno. Em seguida, estudamos os quasicristais fotônicos de Fibonacci, com e sem grafenos entres as camadas dielétricas, que podem ser gerados por uma relação de recorrência do tipo: Sj+1 = SjSj-1, onde S0= B e S1=A. Em ambos os casos utilizamos a técnica da matriz transferência para obter os espectros de transmitância. Estudamos ainda uma generalização da estrutura de Fibonacci chamada de quasicristais de Octonacci, onde o enésimo estagio da dessas estrutura de multicamadas (Sn) é dado pela regra de recorrência Sn = Sn-1 Sn-2Sn-1, com n>2 com S1= A e S2= B. Finalmente, por completeza, estudamos mais uma generalização da sequencia de Fibonacci chamada de Dodecanacci, que pode ser gerada apartir da regra de inflação: A->AABAA e B->AB. Nossos resultados mostram que todo os espectros ópticos são afetados e seus “band gaps” ligeiramente transladados para altas freqüências. Também mostramos que as propriedades de fractalidade e auto-similaridade dos espectros são mantidas, para altas freqüências. Nossos resultados revelam um bom insight para aplicação em novos dispositivos a base de multicamadas quasiperiódicas, em vez dos famosos refletores de Bragg.
Fractal spectra in generalized Fibonacci one-dimensional magnonic quasicrystals
(Elsevier, 2012) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Vasconcelos, Manoel Silva de; Barbosa, P.H.R.; Barbosa Filho, F.F.
In this work we carry out a theoretical analysis of the spectra of magnons in quasiperiodic magnonic crystals arranged in accordance with generalized Fibonacci sequences in the exchange regime, by using a model based on a transfer-matrix method together random-phase approximation (RPA). The generalized Fibonacci sequences are characterized by an irrational parameter o(p,q), which rules the physical properties of the system. We discussed the magnonic fractal spectra for first three generalizations, i.e., silver, bronze and nickel mean. By varying the generation number, we have found that the fragmentation process of allowed bands makes possible the emergence of new allowed magnonic bulk bands in spectra regions that were magnonic band gaps before, such as which occurs in doped semiconductor devices. This interesting property arises in one-dimensional magnonic quasicrystals fabricated in accordance to quasiperiodic sequences, without the need to introduce some deferent atomic layer or defect in the system. We also make a qualitative and quantitative investigations on these magnonic spectra by analyzing the distribution and magnitude of allowed bulk bands in function of the generalized Fibonacci number Fn and as well as how they scale as a function of the number of generations of the sequences, respectively
Magnons in one-dimensional k-component Fibonacci structures
(AIP Publishing, 2014) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Vasconcelos, Manoel Silva de
We have studied the magnon transmission through of one-dimensional magnonic k-component Fibonacci structures, where k different materials are arranged in accordance with the following substitution rule: S(k)n=S(k)n−1S(k)n−k (n≥k=0,1,2,…), where S(k)n is the nth stage of the sequence. The calculations were carried out in exchange dominated regime within the framework of the Heisenberg model and taking into account the RPA approximation. We have considered multilayers composed of simple cubic spin-S Heisenberg ferromagnets, and, by using the powerful transfer-matrix method, the spin wave transmission is obtained. It is demonstrated that the transmission coefficient has a rich and interesting magnonic pass- and stop-bands structures, which depends on the frequency of magnons and the k values
Ondas de spin em quasi-cristais magnônicos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2013-12-12) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; ; http://lattes.cnpq.br/4056658417684725; Albuquerque, Eudenilson Lins de; ; http://lattes.cnpq.br/3594651355252245; Fulco, Umberto Laino; ; http://lattes.cnpq.br/9579151361576173; Mauriz, Paulo Wilson; ; http://lattes.cnpq.br/7636664451155498; Pereira Júnior, João Milton; ; http://lattes.cnpq.br/8000258491459487
Neste trabalho investigamos espectros de estruturas de banda e de transmitância em quasicristais magnônicos que apresentam as chamadas desordens determinísticas, especificamente, sistemas de multicamadas magnéticas que são construídos obedecendo as sequências substitutionais de Fibonacci generalizada (apenas os casos golden mean (GM), silver mean (SM), bronze mean (BM), copper mean (CM) e nickel mean (NM)) e k-componente de Fibonacci. O modelo teórico é baseado no hamiltoniano de Heisenberg para o regime de troca, juntamente com o poderoso método da matriz transferência, e levando em conta a aproximação RPA. Os materiais magnéticos considerados são ferromagnetos cúbicos simples. O principal interesse deste estudo é investigar o efeito da quasi-periodicidade nas propriedades físicas dos sistemas citados analisando o comportamento da propagação de ondas de spin por meio dos espectros de dispersão e de transmissão dos magnons nestas estruturas. Entre os resultados destacamos: (i) a fragmentação das bandas de volume que, no limite de altas gerações, se tornam conjuntos de Cantor, e a presença da frequência de mid-gap na transmitância das ondas de spin, na sequência de Fibonacci generalizada; e (ii) a forte dependência do band gap magnônico com relação aos parâmetros k, que determina a quantidade de materiais magnéticos diferentes presentes no quasi-cristal, e n, que é o número da geração da sequência k-componente de Fibonacci. Neste último caso, verificamos que o sistema apresenta uma banda magnônica proibida, cuja largura e região de frequência podem ser controladas variando k e n. No regime de troca, as ondas de spin propagam-se com frequência da ordem de algumas dezenas de terahertz (THz). Portanto, do ponto de vista experimental e tecnológico, os quasi-cristais magnônicos podem ser utilizados como transportadores ou processadores de informações, sendo o magnon (o quantum da onda de spin) o responsável por esse transporte e processamento
Partial band gaps in magnonic crystals
(American Institute of Physics, 2011) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Vasconcelos, Manoel Silva de; Albuquerque, Eudenilson Lins de
In this work we investigate magnonic band gaps, in the THz frequency range, in periodic and quasiperiodic (Fibonacci sequence) magnonic crystals formed by layers of cobalt and permalloy. Our theoretical model is based on a magnetic Heisenberg Hamiltonian in the exchange regime, together with a transfer-matrix treatment within the random-phase approximation. For periodic arrangements, the bulk band structure is analogous to those found in photonic crystals, while for quasiperiodic multilayers it presents additional pass bands similar to those found in photonic crystals with defects
Polaritons de magnons em estruturas giromagnéticas com grafeno
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-03-24) Dantas, Leonardo de Queiroz; Vasconcelos, Manoel Silva de; Anselmo, Dory Hélio Aires de Lima; https://orcid.org/0000-0003-0180-9189; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; https://orcid.org/0000-0002-5118-364X; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; https://orcid.org/0009-0001-9127-2030; http://lattes.cnpq.br/6718638150093852; Costa, Carlos Humberto Oliveira; Bezerra, Claudionor Gomes; Machado, Leonardo Dantas; Mello, Vamberto Dias de
Ondas eletromagnéticas que se propagam em cristais magnéticos podem se acoplar às ondas de spin (magnons) excitadas nesses materiais, originando modos híbridos conhecidos como polaritons de magnons. Esses modos têm sido amplamente estudados em diferentes materiais e geometrias devido ao seu potencial para aplicações tecnológicas em dispositivos operando desde a faixa de micro-ondas até o infravermelho distante. Estudos recentes demonstraram que a introdução de camadas adicionais, especialmente de grafeno, pode modificar significativamente a resposta desses sistemas, sobretudo sob a ação de um campo magnético estático com orientação específica. Em particular, quando o campo é aplicado perpendicularmente à camada de grafeno, ele excita os níveis de Landau dos elétrons em sua superfície, alterando sua condutividade e, consequentemente, a dinâmica dos polaritons na interface entre os meios. Neste trabalho, realizamos um estudo teórico sobre polaritons de magnons em três sistemas distintos: um meio semi-infinito, um filme fino e uma super-rede periódica. Todas as estruturas são compostas por materiais giromagnéticos, cada uma contendo uma única camada de grafeno em suas interfaces, sob a aplicação de um campo magnético perpendicular às interfaces. Nossos resultados revelam o surgimento de novos modos híbridos altamente sensíveis a parâmetros ajustáveis, como a intensidade do campo magnético e a energia de Fermi dos elétrons no grafeno.
Propagação de ondas eletromagnéticas em quasicristais de Kolakoski com grafeno
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-10-22) Feitosa, Francisco Alexandre de Oliveira; Bezerra, Claudionor Gomes; https://orcid.org/0000-0001-9660-2142; http://lattes.cnpq.br/5085046065890176; http://lattes.cnpq.br/9909690357966811; Costa, Carlos Humberto Oliveira; Anselmo, Dory Hélio Aires de Lima; Vasconcelos, Manoel Silva de; Azevedo, Sergio André Fontes; Mello, Vamberto Dias de
Neste trabalho simulamos a incidência de ondas eletromagnéticas em quasicristais fotônicos unidimensionais segundo a sequência de Kolakoski com grafeno na interface entre meios distintos. O sistema é formado pela superposição de dois blocos dielétricos, A e B, sendo A o dióxido de silício (SiO2) e B o dióxido de titânio (T iO2). Entre os blocos A e B inserimos uma camada de grafeno. Utilizamos o método da Matriz Transferência na geração dos dados analisados neste trabalho, pois esta metodologia simplifica o aparato algébrico e oferece excelentes resultados. Nesse trabalho temos três objetivos principais. Primeiro, vamos construir e analisar os espectros de transmissão e reflexão da onda eletromagnética através do quasicristal de Kolakoski com e sem grafeno. Segundo, vamos analisar os efeitos específicos da presença do grafeno no sistema. Terceiro, vamos analisar as consequências próprias da quasiperiodicidade de Kolakoski sobre o sistema. Para atingir os objetivos, analisamos vários cenários. Inicialmente, montamos dez gerações de Kolakoski, analisamos os modos de propagação, T E e TM, ambos com e sem grafeno. Em seguida, utilizamos quatro ângulos de incidência e quatro potenciais químicos diferentes do grafeno. Os resultados obtidos revelam que a presença do grafeno reduz a transmissividade por toda escala de frequência e ainda induz um band gap na transmissão em baixa frequência. Além disso, observamos que o band gap produzido pelo grafeno é omnidirecional e que sua espessura cresce com o aumento do potencial químico do grafeno que pode ser ajustado pela aplicação de uma tensão elétrica. Além disto, identificamos intervalos de frequência que apresentam band gaps de Bragg.
Propriedades estáticas e dinâmicas de super-redes e multicamadas quasiperiódicas
(2018-08-30) Bandeira, Analine Pinto Valeriano; Bezerra, Claudionor Gomes; ; ; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; ; Machado, Leonardo Dantas; ; Costa, Carlos Humberto Oliveira; ; Pereira Júnior, João Milton;
Neste trabalho, investigamos as propriedades estáticas e dinâmicas em superredes e filmes finos quasiperiódicos, respectivamente. A propagação de ondas de spins foi investigada em uma super-rede quasiperiódica construída de acordo com a sequência de Octonacci, no regime de troca, compostas por dois tipos de materiais ferromagnéticos com estrutura de rede cúbica simples cujas interfaces interagem via acoplamentos bilinear e biquadrático. O modelo teórico utilizado é baseado no hamiltoniano de Heisenberg com o uso do método da matriz transferência e da aproximação RPA para a obtenção do espectro de bandas permitidas e de transmitância das ondas de spin, onde foi também analisada a influência do acoplamento biquadrático no comportamento de ambos. Realizamos ainda uma investigação das propriedades magnéticas estáticas em nanofilmes magnéticos quasiperiódicos construídos em direções de baixa simetria cristalográfica, [211] e [321], seguindo dois modelos de quasiperiodicidade. No primeiro modelo os filmes magnéticos são empilhados quasiperiodicamente com todos os espaçadores de mesma espessura, enquanto que no segundo são os espaçadores que seguem uma quasiperiodicidade, além de possuírem espessuras diferentes. Por sua vez, cada modelo é construído seguindo as sequências de Fibonacci e de Octonacci. A teoria utilizada para o estudo dos filmes finos é baseada num modelo fenomenológico que descreve sistemas magnéticos nanométricos, onde a energia total leva em consideração os termos de energia Zeeman, de anisotropia cúbica e uniaxial, além dos acoplamentos bilinear e biquadrático. As fases magnéticas são descritas através da análise dos gráficos da magnetização e magnetoresistência gigante, assim também como através de diagramas de fases 3D.
Thermal radiation in one-dimensional photonic quasicrystals with graphene
(Elsevier, 2017) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Vasconcelos, Manoel Silva de; Fulco, Umberto Laino; Albuquerque, Eudenilson Lins de
In this work we investigate the thermal power spectra of the electromagnetic radiation through one-imensional stacks of dielectric layers, with graphene at their interfaces, arranged according to a quasiperiodic structure obeying the Fibonacci (FB), Thue-Morse (TM) and double-period (DP) sequences. The thermal radiation power spectra are determined by means of a theoretical model based on a transfer matrix formalism for both normal and oblique incidence geometries, considering the Kirchhoff's law of thermal radiation. A systematic study of the consequences of the graphene layers in the thermal emittance spectra is presented and discussed. We studied also the radiation spectra considering the case where the chemical potential is changed in order to tune the omnidirectional photonic band gap
Transmissão de ondas elásticas em estruturas fonônicas quasiperiódicas unidimensionais
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-08-15) Tinoco, Emanuel Caio Moreira; Bezerra, Claudionor Gomes; https://orcid.org/0000-0001-9660-2142; http://lattes.cnpq.br/5085046065890176; http://lattes.cnpq.br/0487703081249416; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; Costa, Carlos Humberto Oliveira; Duarte, Edwin Humberto Fagua
Neste estudo, empregamos um tratamento da matriz de transferência para investigar as propriedades de transmissão de cristais fonônicos quasiperiódicos unidimensionais baseados nas sequências de Fibonacci, Thue-Morse, Período Duplo e Kolakoski. Consideramos três modificações estruturais (convencional, simétrico e antissimétrico) em materiais compostos de chumbo-epóxi embutidos por duas camadas semi-infinitas de alumínio. Nossos experimentos numéricos concentram-se na propagação longitudinal e transversal de ondas em um regime de frequência de ultrassom para diferentes ângulos de incidência. O número de picos de transmissão perfeitos e a distribuição do intervalo de banda variam sensivelmente para os arranjos modificados. Os resultados obtidos ampliaram nosso entendimento das propriedades desses cristais, além de revelarem aplicações tecnológicas em dispositivos acústicos.

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