Controle das estruturas cristalinas e Anisotropias Magnéticas em filmes à base de Co e Gd

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dc.contributor.advisor1Caetano, Edson Passamani
dc.contributor.authorBertelli, Tiago Pulce
dc.contributor.referee1Larica, Carlos
dc.contributor.referee2Pelegrini, Fernando
dc.contributor.referee3Pessoa, Marcio Solino
dc.contributor.referee4Sommer, Rubem Luis
dc.contributor.referee5Bueno, Thiago Eduardo Pedreira
dc.date.accessioned2018-08-01T22:30:03Z
dc.date.available2018-08-01
dc.date.available2018-08-01T22:30:03Z
dc.date.issued2015-12-11
dc.description.abstractIn this work, we present a systematic investigation of the experimental parameters [inclination angle between the normal of the substrate plane and deposition flux direction a; angular velocity of the sample holder ?; magnetic field application during deposition HD; substrate temperature TS] on the values of the cubic HKC, uniaxial HKU and exchange bias HEB anisotropy of Co and Gd thin films, bilayers of Co/IrMn and IrMn/Gd and trilayers of Co/IrMn/Gd prepared by DC Magnetron Sputtering. Using the X-ray diffraction technique, it is demonstrated that, regardless the values of a, ? and HD parameters, Co films were deposited on the Ta seed layer oriented in the [111] direction with face centered cubic (fcc) structure. For the Gd films grown on the Ta seed layer, it was shown that as higher is the TS value, larger is the internal stress in Gd films; a feature that favors stabilization of the fcc-type phase for Gd thickness tGd of 10 nm. The increase of tGd or decrease of TS value causes structural relaxation to the hexagonal close packed hcp phase; it occurs on top of fcc-type Gd structure grown on Ta seed layer. Concerning the anisotropy fields (measured by ferromagnetic resonance technique FMR), it is demonstrated that due to the oblique deposition a ? 0°, one can control the HKU field of Co film. Specifically, for the Co film prepared at a = 55°, ? = 0 rpm and HD nulo, a maximum value of HKU = 72 Oe was obtained. It was possible to project samples with pure cubic or uniaxial and combined HKC + HKU fields by using oblique deposition for low a values (22 = a = 40°) with different rotation speeds ? (0, 30 and 40 rpm) of the sample holder during Co depositions. It was found that the HKC field remains approximately constant (? 2.8 Oe) regardless of a, ? and HD values, while the HKU field linearly decreases with the increasing of the angular velocity ? at a rate of 0.35 Oe/rpm (sample-holder central position: 15.7 = HKU = 1.4 Oe and sample-holder edge positions: 20.6 = HKU = 6.5 Oe for the range 0 = ? = 40 rpm, respectively). Using magnetometry measurements, it is shown that the fcc phase of Gd presents magnetization of 175 emu/cm3 and coercive field of 100 Oe, nearly constants in a wide temperature range (10 = T = 400 K), while the hcp Gd phase shows large coercive fields (HC = 480 Oe) and saturatation magnetization (MS = 640 emu/cm3 ) at 60 K, before spin reorientation phenomenon. Comparing Co/IrMn bylayers prepared with HD = 0 and HD ? 0 (applied to the film plane), it wasfound a significant increase of both uniaxial HKU (13 ? 33 Oe), and exchange bias HEB (33 ? 55 Oe) fields for samples located at the sample-holder central position. In addition, for bilayers samples fabricated at the sample-holder edge positions, the rotation of the xii sample enhances much more the HKU value (130%); an effect associated with the variation of a angle during the sample rotation. For Co/IrMn/Gd trilayers prepared at the sample-holder edges, the HKU field presents an anomalous increase (~ 45 ? ~ 220 Oe, 5 times bigger), accompanied by an increase of 45% in the HEB field related to the Co/IrMn interface (~ 55 ? ~ 80 Oe). This behavior may be due to the presence of ferromagnetic Gd deposited on top of texturized [111] IrMn layer. In fact, it diserves additional investigations since its physical origin is not yet understood.
dc.description.resumoApresenta-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.
dc.formatText
dc.identifier.citationBERTELLI, Tiago Pulce. Controle das Estruturas Cristalinas e Anisotropias Magnéticas em Filmes à Base de Co e Gd. 2015. 131 p. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2015.
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/7498
dc.identifier.uri53
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Física
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física
dc.rightsopen access
dc.subjectExperimental parameterseng
dc.subjectOblique depositioneng
dc.subjectAngular velocityeng
dc.subjectFerromagnetic resonanceeng
dc.subjectParâmetros experimentaispor
dc.subjectÂngulo de deposiçãopor
dc.subjectVelocidade de rotaçãopor
dc.subjectRessonância ferromagnéticapor
dc.subject.cnpqFísica
dc.titleControle das estruturas cristalinas e Anisotropias Magnéticas em filmes à base de Co e Gd
dc.typedoctoralThesis
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