Aplicação da magnetoimpedância gigante para o estudo da dinâmica de spins no regime de altas frequências (MHz) em ligas de FeZr

Abstract

Na presente tese, estudamos a fase vidro de spins reentrante em fitas amorfas com composições nominais Fe₁₀₀₋ₓZrₓ (x = 9, 10 at. %) preparadas através da técnica de melt-spinning. As caracterizações estruturais e morfológicas das amostras foram realizadas através da difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As composições das ligas foram determinadas por meio de EDS (energy dispersive x-ray spectroscopy) gerando valores muito próximos dos nominais. A caracterização magnética foi feita utilizando um PPMS (Physical Properties Measurement System) por meio de medidas de magnetização em função do campo aplicado (H) (histereses e magnetizações ZFC e FC), no intervalo ±85 kOe para temperaturas (T) no intervalo 2, 0−300, 0 K. Como também para medir a suscetibilidade magnética ac no mesmo intervalo de temperatura, para frequências (f) variando no intervalo 10 − 10⁴ Hz e amplitude do campo ac hₐ𝒸 = 5 e 10 Oe. As propriedades magnéticas das ligas de FeZr são fortemente influenciadas pela composição da amostra. Já as medidas de suscetibilidade ac mostraram uma redução acentuada na magnitude da contribuição em fase (Χ'ₐ𝒸) e um pico na componente fora de fase (Χ''ₐ𝒸), que se desloca para altas temperaturas com aumento de f, indicativo de uma fase do tipo vidro de spins. Utilizando a lei de Voguel-Fulcher para os dados de Χ''ₐ𝒸 foi possível estimar a energia de ativação, a temperatura de congelamento dos spins e o tempo de relaxação. A dinâmica de spins na fase reentrante foi também investigada fazendo-se uso, pela primeira vez, de medidas de magnetoimpedância gigante (GMI). A GMI foi medida na faixa de temperatura 10, 0 − 300, 0 K utilizando-se a técnica de quatro pontas e em um sistema de refrigeração de ciclo fechado (Displex). Dessas medidas foi possível extrair a resistividade ρ, o skin depth δ e a permeabilidade magnética transversal μτ para frequências no regime de MHz. Os valores obtidos de μτ são relativamente pequenos acima de Tᴄ, há um aumento abaixo de Tᴄ para temperaturas até próximas de 160,0 K e diminuem abaixo dessa temperatura. A suscetibilidade magnética Χₐ𝒸 (= μτ − 1) foi calculada para 5, 10 e 15 MHz entre 10, 0 − 90, 0 K, região da transição para a fase vidro de spins. Os dados de Χₐ𝒸ᴦ permitiram testar a lei de escala para tempos de medida muito curtos (ᴦ ~ 10⁻⁸ s), inacessíveis por meio de técnicas de suscetibilidade ac convencionais. A combinação dos dados de Χₐ𝒸 e da GMI indicaram a existência de dois regimes dinâmicos distintos: um para longos tempos de relaxação (ᴦ ≥ 3, 3 × 10⁻³ s) e outro para tempos de relaxação curtos (6, 7×10⁻⁸ ≤ ᴦ ≤ 3, 3 x 10⁻³ s). Obtivemos ainda valores para expoentes críticos (zv = 7, 4) e tempo de relaxação microscópico (ᴦ₀ = 1, 6×10⁻⁷ s) que são próximos aos valores obtidos para outros vidros de spins.