Modelagem teórica de propriedades magnéticas de nano-sistemas

Este projeto de pesquisa referente ao período do biênio 2025-2026 visa desenvolver e aplicar métodos teóricos para investigar as propriedades eletrônicas, estruturais e magnéticas de sistemas complexos, como skyrmions, ondas de spin, espirais de spin (spins spirals), e antiferromagnetos frustrados (e.g. estruturas Kagomé), incluindo multicamadas, materiais 2D e nanoestrutura adsorvidas em superfícies. Deveremos com estes estudos contribuir para o desenho racional de novos materiais magnéticos com potencial aplicação em spintrônica e magnônica. O projeto proposto envolve elementos de física teórica e computacional, bem como visa melhorar a comunicação entre teoria e experimento. Utilizaremos métodos ab initio de cálculo de estrutura eletrônica e dinâmica de spin atomística, e também deveremos aprimorar e desenvolver ferramentas teóricas/computacionais avançadas baseadas nestes métodos, para analisar resultados experimentais e, também, predizer as propriedades de nanoestruturas magnéticas metálicas com potencial para aplicações tecnológicas. Os tópicos e sistemas principais de interesse são os seguintes. (i) Investigação/modelagem de alternativas para a criação/manipulação de skyrmions em diferentes materiais antiferromagnéticos (AFM) e antiferromagnéticos sintéticos (AFS), ressaltando-se a promissora possibilidade dos materiais AFM de transporte com baixa dissipação e sem produção de calor, além de uma dinâmica de spins significativamente mais rápida do que a de um material FM. Além disto, verificaremos a existência de skyrmions e possibilidades de manipulação destes em função da temperatura, aplicação de campos externos (magnético e elétrico), aplicação de corrente e de pulso de calor. (ii) Investigação/modelagem de dispersão de magnons utilizando parâmetros advindo de cálculos com magnetismo não-colinear. (iii) Investigação/modelagem de correntes de carga e spin em materiais magnéticos quirais na nanoescala. (iv) Implementar a obtenção do parâmetro de Gilbert (damping) em sistemas com magnetismo não-colinear em métodos de primeiros princípios; e empregar esta nova funcionalidade em sistemas de interesse como as multicamadas metálicas com potencial aparecimento de estruturas magnéticas topologicamente protegidas e no estudo de pequenas excitações magnéticas para executar novas operações lógicas (magnonics). O estado-da-arte no arsenal teórico para simulações in silico destes sistemas será aplicado: o método real space – linear muffin-tin orbitals – atomic sphere approximation (RS-LMTO-ASA), baseado na teoria do funcional da densidade (DFT), para o cálculo das propriedades magnéticas no estado fundamental, e o código de dinâmica de spin atomística (UppASD) para os cálculos de dinâmicas de spins, como função da temperatura, pulso de calor, corrente e campo magnético aplicado. Realizaremos desenvolvimentos teóricos e computacionais, acompanhados de colaborações com grupos teóricos e experimentais do exterior.