Estudo de fenômenos de interface em heteroestruturas Y3Fe5O12/(NM e AFM) produzidas por magnetron sputtering

Abstract

A spintrônica é uma ativa e excitante área da ciência e tecnologia cujos objetivos princi- pais são estudar e aplicar a geração, detecção e manipulação das correntes de spin nos diversos materiais. Neste cenário, os efeitos de interface bombeamento de spin (spin pumping ) e ex- change bias se destacam devido às aplicações em dispositivos spintrônicos e magnônicos, tais como: transistores de spin e sensores magnéticos que operam na faixa de GHz. O efeito de spin pumping consiste na injeção de uma corrente pura de spin devido à precessão da magnetiza- ção de um material magnético quando este atinge a condição de ressonância ferromagnética, enquanto o efeito de exchange bias refere-se ao acoplamento interfacial entre os spins de um material ferromagnético com um material antiferromagnético. Nesta dissertação investigamos estes efeitos de interface em heteroestruturas de YIG/NM e YIG/AFM produzidas por magne- tron sputtering, onde NM é um metal não magnético e AFM é um metal antiferromagnético. A respeito das estruturas YIG/NM, a caracterização estrutural demonstrou um crescimento epitaxial das amostras na direção do substrato de Gd3Ga5O12 com orientação cristalina (444), resultando nas propriedades estruturais adequadas. A caracterização magnética das amostras demonstrou um caráter magnético macio com coercividade em torno de 3,7 Oe, comporta- mento isotrópico no plano e um baixo amortecimento magnético da ordem de 5,8 ×10−4, características desejáveis para aplicações em spintrônica. As medidas de spin pumping em bicamadas YIG/NM mostraram que a arquitetura [Pt-Ag] (multicamadas compostas por Pt e nanopartículas de Ag) aumenta consideravelmente a eficiência de conversão entre correntes de carga e de spin, com um ângulo Hall de spin θSH = 0, 13. Inspirados neste resultado, investigamos o controle do amortecimento magnético nas amostras de YIG/Pt e YIG/[Pt- Ag]. Os resultados obtidos mostraram que a partir da aplicação de uma corrente elétrica é possível controlar os mecanismos de relaxação da magnetização do material, onde a presença das nanopartículas de Ag permite maior controle no amortecimento magnético. No tocante as amostras YIG/AFM, a caracterização estrutural mostrou um crescimento epitaxial do material antiferromagnético na textura (111) e uma estrutura cristalina fcc, esta textura é bastante importante para se obter um bom efeito de exchange bias. A dependência angular das medi- das de FMR mostrou o surgimento de uma anisotropia unidirecional que se transforma em um caráter isotrópico com o aumento da espessura da camada magnética, reduzindo o campo de exchange. As medidas de magnetização mostraram o deslocamento na curva de histerese, ou- tra assinatura do efeito de exchange bias, onde esta característica diminui com o aumento da espessura do YIG. Investigamos a dependência da temperatura nas curvas de magnetização, os resultados mostraram o aumento da coercividade e do campo de exchange com a diminuição da temperatura.