Investigação do efeito Hall de spin inverso em bicamadas de Permalloy/Platina

Abstract

Nesta dissertação investigamos a geração de uma tensão elétrica dc em bicamadas de material ferromagnético (FM) e não-magnético (NM), quando excitada a ressonância ferromagnética do sistema FM/NM. Este efeito ocorre pela injeção de uma corrente pura de spin através da interface FM/NM. O fato de podermos injetar uma corrente pura de spin em um meio NM oferece a possibilidade de investigarmos o chamado efeito Hall de spin inverso (ISHE, do inglês inverse spin Hall effect), que foi proposto teoricamente por Hirsch, em 1999. Para gerarmos uma corrente pura de spin, utilizamos o efeito conhecido como bombeamento de spin (spin pumping), proposto por Brataas et al., em 2003. Neste efeito, uma camada FM, onde é excitada a ressonância ferromagnética (FMR), pode bombear spins num meio NM adjacente. Enquanto o efeito Hall de spin (SHE, do inglês spin Hall effect) prevê a geração de uma corrente pura de spin perpendicular a uma corrente de cargas, o efeito inverso (ISHE) consiste da geração de uma corrente de cargas perpendicular a uma corrente pura de spins. Utilizamos bicamadas magnéticas de Ni81Fe19 (Py)/NM onde NM representa diferentes metais não-magnéticos, fabricadas pela técnica de sputtering. O sistema protótipo estudado foi a bicamada de Py/Pt onde a área da camada de Py é sempre menor do que a área da camada de Pt. Assim podemos colocar eletrodos diretamente sobre a superfície de Pt sem entrar em contacto direto com a camada de Py. Isto permite investigar o efeito da corrente de cargas gerada na Pt devido à corrente de spins injetada pelo filme de Py quando a ressonância ferromagnética é excitada. Verificamos que a tensão dc medida nos eletrodos está diretamente relacionada com a absorção de microondas que ocorre na ressonância ferromagnética. A forma de linha da tensão dc possui uma dependência angular que não é totalmente entendida, e que depende de vários parâmetros experimentais. Dependendo do ângulo entre o campo aplicado e a direção em que a tensão dc é medida, a forma de linha apresenta uma contribuição que fundamentalmente pode ser atribuída a dois efeitos: (i) tensão devido à magnetoresistência anisotrópica (AMR) (causada pela presença de uma corrente induzida que atravessa o filme de Py); (ii) tensão devido à injeção de corrente pura de spin no material NM (causada pelo efeito Hall de spin inverso). Investigamos a dependência angular da tensão dc gerada, e o comportamento das formas de linhas medidas em relação à diversos parâmetros como: o campo de anisotropia e a geometria do filme ferromagnético, a espessura do eletrodo de injeção não-magnético e a presença de um espaçador metálico na interface. Desenvolvemos um modelo teórico preliminar, levando em conta a dinâmica da magnetização para calcular a contribuição da AMR à tensão dc. A contribuição do efeito Hall de spin inverso também foi calculada a partir do termo de spin pumping proposto por Brataas et al. Com este modelo foi possível reproduzir a dependência angular da contribuição de ISHE e entender qualitativamente o efeito da AMR em nosso experimento