Controle das Estruturas Cristalinas e Anisotropias Magnéticas em Filmes à Base de Co e Gd.

Nome: Tiago Pulce Bertelli
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 11/12/2015
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
Edson Passamani Caetano Orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Carlos Larica Examinador Interno
Edson Passamani Caetano Orientador
Fernando Pelegrini Examinador Externo
Marcio Solino Pessoa Examinador Externo
Rubem Luis Sommer Examinador Externo
Thiago Eduardo Pedreira Bueno Examinador Externo

Resumo: Apresenta-se, neste trabalho, um estudo sistemático dos efeitos dos parâmetros experimentais [ângulo de deposição do feixe em relação ao substrato α (e/ou posição no substrato); velocidade de rotação do porta-substrato ω; campo magnético de deposição HD; temperatura do substrato TS] sobre os campos de anisotropias cúbica HKC, uniaxial HKU e de exchange bias HEB de filmes finos de Co e Gd, bicamadas de Co/IrMn e IrMn/Gd e tricamadas de Co/IrMn/Gd preparados pela técnica de magnetron sputtering. Usando a técnica de difração de raios-X, demonstrou-se que, independentemente dos valores dos parâmetros α, ω e HD, os filmes de Co crescem sobre a camada semente de Ta orientados na direção [111] com fase estrutural cúbica de face centrada fcc. Para os filmes de Gd, crescidos sobre o Ta, demonstrou-se que quanto maior o valor de TS maior a tensão interna na camada de Gd que, por sua vez, favorece a estabilização da fase fcc até a espessura de Gd tGd de 10 nm (anteriormente resultados da literatura reportavam valores de 4 nm). O aumento do valor de tGd ou a diminuição de TS provoca, nas camadas atômicas de Gd crescidas sobre o Ta, relaxação estrutural para a estrutura hexagonal compacta hcp. Com relação aos campos de anisotropias, obtidos pelas medidas de ressonância ferromagnética FMR, demonstrou-se que devido à deposição oblíqua α ≠ 0° pode-se controlar o campo de anisotropia uniaxial HKU do filme de Co, sendo que, para HD = 0, o máximo valor de HKU = 72 Oe para α = 55° e ω = 0 rpm. Combinando deposição oblíqua para valores baixos de α (22 ≤ α ≤ 40°) com diferentes velocidades de rotação ω (0, 30 e 40 rpm) do porta-substrato durante a deposição dos filmes de Co, controlam-se nas amostras anisotropias puramente cúbica HKC, puramente uniaxial HKU ou combinada HKC + HKU. Ainda dos resultados de FMR nos filmes de Co, demonstrou-se que o campo de anisotropia HKC ≅ 2,8 Oe permanece aproximadamente constante independentemente dos valores de α, ω e HD, enquanto que o campo de anisotropia HKU decresce linearmente com o aumento da velocidade de rotação ω a uma taxa de -0,35 Oe/rpm, (posição central: 15,7 ≥ HKU ≥ 1,4 Oe e extremidade do porta-substrato: 20,6 ≥ HKU ≥ 6,5 Oe, para o intervalo de 0 ≤ ω ≤ 40 rpm, respectivamente). Usando medidas de magnetometria, demonstrou-se que a fase fcc do Gd possui magnetização de 175 emu/cm3 e campo coercivo de 100 Oe, aproximadamente constantes em um amplo intervalo de temperatura (10 ≤ T ≤ 400 K), enquanto a fase hcp do Gd apresenta altos campo coercivo (HC = 480 Oe) e magnetização de saturação (MS = 640 emu/cm3). No caso das bicamadas Co/IrMn, verificou-se que a presença do campo de deposição HD (aplicado no plano do filme) aumenta significativamente o campo uniaxial HKU (13 → 33 Oe) e o de exchange bias HEB (33 → 55 Oe) quando preparam-se as amostras na posição central. Para os filmes produzidos nas extremidades do porta-substrato há um aumento ainda maior no valor de HKU (130%) devido à variação angular α durante a rotação do porta-amostra. Para as tricamadas, considerando também as amostras nas extremidades, o campo HKU sofre um aumento anômalo (~ 45 → ~ 220 Oe, 5 vezes), acompanhado por um aumento de 45% no valor do campo HEB (~ 55 → ~ 80 Oe) para a interface Co/IrMn, quando se cresce o Gd sobre a camada IrMn; fato ainda não compreendido.

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