SILVA, George Frederick Tavares da. Método de Monte Carlo para o estudo de Sistemas Magnéticos Bidimensionais. 2008. 86 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-05T16:43:45Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_gftsilva.pdf: 4250049 bytes, checksum: 49d75b81cc9728a34ca8380fe2e06a9f (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T16:58:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_gftsilva.pdf: 4250049 bytes, checksum: 49d75b81cc9728a34ca8380fe2e06a9f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T16:58:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_gftsilva.pdf: 4250049 bytes, checksum: 49d75b81cc9728a34ca8380fe2e06a9f (MD5) Previous issue date: 2008 / Employing the Monte Carlo Method, studied is two-dimensional magnetic systems. The phase transition that occurs in Ising model was also investigated for the two-dimensional XY model, or also called 2D XY in the literature. There is this model an unusual transition type Kosterlitz-Thouless-Berezinskii, involving vortices of spins which unbinding in a temperature T_{KT}. However, you can see the transition without the presence of vortices for small systems as was done in this work. The implementation of the method cited in the two models will be detailed and then used in the study of magnetic bylayers systems characterized by the existence of planning ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM). They will be then reproduced through simulations, curves of magnetization in relation to the magnetic field, with the goal of find the conditions in which the phenomenon known as Exchange Bias occurs. This is because the existence of an interface FM-AFM, which will be the focus of research. / Empregando o Método de Monte Carlo, estudamos sistemas magnéticos bidimensionais. A transição de fase, que ocorre no modelo de Ising, foi também investigada para o modelo XY bidimensional, ou geralmente chamado na literatura de 2D XY. Observa-se neste modelo uma transição não-usual do tipo Kosterlitz-Thouless-Berezinskii, envolvendo vórtices de spins que se descorrelacionam em uma temperatura T_{KT}. Contudo, pode-se observar a transição sem a presença de vórtices para sistemas pequenos como foi feito neste trabalho. A implementação do método nos dois modelos citados será detalhada e posteriormente utilizada no estudo de sistemas com bicamadas magnéticas caracterizados pela existência de ordenamento ferromagnético (FM) e antiferromagnético (AFM). Serão então reproduzidas, através das simulações, curvas de magnetização em relação ao campo magnético com o objetivo de encontrar as condições nas quais o fenômeno conhecido como exchange bias ocorre. Este deve-se a existência de uma interface FM-AFM, que será o foco nas investigações.

In this work, the magnetization process and the magnetoimpedance effect in thin films with exchange bias were studied. We have investigated NiO/NiFe and NiFe/FeMn/Ta multilayer produced by magnetron sputtering on glass and Si(100) substrates, respectively. The exchange anisotropy in the NiO/NiFe samples were induced by a field cooling process, with a static magnetic field (2 kOe), from a temperature Tc > T > TN to the room temperature. In the NiFe/FeMn samples, the exchange anisotropy was induced during the deposition by application of a static magnetic field (460 Oe). The structural characterization was made by high angle x-ray diffraction in a q-2q setup and Cu-Ka radiation. The static magnetic characterization was performed by a VSM. The real and imaginary parts of the impedance were measured as a function of the current frequency (100kHz 1.8 GHz) and of the magnetic field intensity (± 300 Oe). The NiO multilayer was insensitive to the magnetoimpedance. The magnetoimpedance ratio was as large as 70 % in the NiFe/FeMn/Ta multilayer. On the other hand, the center of symmetry of the MI curves are shift of the position around H = 0 to H = Heb. The angular dependencies of the exchange bias field were calculated to prove the Mauri model to the exhange bias. The dispersion relation obtained by MI vs. f curves was fitting combined the Smit-Beljers approach to the FMR and mode s Mauri to the exchange bias. This fitting allowed that intrinsic parameters, such as the anisotropies of the system, were obtained. In summary, the MI and EB effects were grouped to origin a new magnetic system with singular magnetic characteristics. The MI curves are shift with respect to H = 0 and it allowed that the EB effect could be studied through the MI measurement. / Neste trabalho são investigados os processos de magnetização e a magnetoimpedância (MI) em filmes com exchange bias (EB). São estudados dois conjuntos de amostras: Ni50O50/Ni81Fe19 e Ni81Fe19/Fe50Mn50/Ta produzidas como bi e multi-camadas. As amostras foram produzidas por magnetron sputtering sobre substrato de vidro e Si (100), respectivamente. No primeiro caso a anisotropia de troca foi induzida após a deposição através de um processo de resfriamento em campo desde T > TN (onde TN é a temperatura de Néel do antiferromagneto) até a temperatura ambiente. No segundo caso o EB foi induzido durante o crescimento das amostras através da aplicação de um campo estático de 460 Oe. A caracterização estrutural das amostras foi feita via medidas de difração de raios-x XRD) a altos ângulos, utilizando uma configuração q-2q e radiação Cu-Ka. A caracterização magnética estática foi feita através de medidas de magnetização obtidas com um magnetômetro de amostra vibrante (VSM) que permite a aplicação de um campo em diferentes orientações em relação a uma direção de referência. As componentes resistivas e indutivas da impedância foram medidas em função da freqüência (100 kHz 1.8 GHz) e do campo estático (H = ± 300 Oe). As impedâncias das multicamadas de NiO foram praticamente insensíveis as variações de campo e de freqüência, devido principalmente as altas anisotropias e relativamente baixas espessuras destas estruturas. Variações de impedância de até 70 % foram obtidas com as multicamadas de iFe/FeMn/Ta. Além disso, as curvas de MI obtidas são inteiramente deslocadas da posição de simetria usual em torno de H = 0, para o caso de uma amostra com anisotropia uniaxial, para H = Heb (onde Heb é campo de bias obtido das curvas de magnetização estática pela medida do deslocamento do centro da curva de histerese). A dependência angular do campo de bias, em relação ao ângulo entre o campo estático (aplicado no plano do filme) e a direção preferencial da anisotropia (paralela à direção do campo de resfriamento) foi obtida. Os dados experimentais foram ajustados usando um modelo de Stoner-Wolfarth modificado pela inclusão de um temo de troca e de um termo associado à formação de uma parede de domínios no material antiferromagnético na expressão para a densidade de energia livre magnética. A relação de dispersão (fr vs. H) foi experimentalmente obtida dos espectros em freqüência da MI, os quais apresentam nítidas características associadas à ressonância ferromagnética (FMR). Do ajuste teórico da relação de dispersão utilizando a fórmula de Smit-Beljers, na qual a freqüência de ressonância é expressa em termo dos ângulos de equilíbrio da magnetização e das derivadas em segunda ordem da energia em relação a estes ângulos, parâmetros intrínsecos das amostras, tais como as anisotropias, foram estimados. Em suma, unindo o EB e a MI em um único sistema foram criadas amostras com características magnéticas singulares. As curvas de MI destas amostras são deslocadas em relação ao eixo dos valores de campo.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Employing the Monte Carlo Method, studied is two-dimensional magnetic systems. The phase transition that occurs in Ising model was also investigated for the two-dimensional XY model, or also called 2D XY in the literature. There is this model an unusual transition type Kosterlitz-Thouless-Berezinskii, involving vortices of spins which unbinding in a temperature T_{KT}. However, you can see the transition without the presence of vortices for small systems as was done in this work. The implementation of the method cited in the two models will be detailed and then used in the study of magnetic bylayers systems characterized by the existence of planning ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM). They will be then reproduced through simulations, curves of magnetization in relation to the magnetic field, with the goal of find the conditions in which the phenomenon known as Exchange Bias occurs. This is because the existence of an interface FM-AFM, which will be the focus of research. / Empregando o MÃtodo de Monte Carlo, estudamos sistemas magnÃticos bidimensionais. A transiÃÃo de fase, que ocorre no modelo de Ising, foi tambÃm investigada para o modelo XY bidimensional, ou geralmente chamado na literatura de 2D XY. Observa-se neste modelo uma transiÃÃo nÃo-usual do tipo Kosterlitz-Thouless-Berezinskii, envolvendo vÃrtices de spins que se descorrelacionam em uma temperatura T_{KT}. Contudo, pode-se observar a transiÃÃo sem a presenÃa de vÃrtices para sistemas pequenos como foi feito neste trabalho. A implementaÃÃo do mÃtodo nos dois modelos citados serà detalhada e posteriormente utilizada no estudo de sistemas com bicamadas magnÃticas caracterizados pela existÃncia de ordenamento ferromagnÃtico (FM) e antiferromagnÃtico (AFM). SerÃo entÃo reproduzidas, atravÃs das simulaÃÃes, curvas de magnetizaÃÃo em relaÃÃo ao campo magnÃtico com o objetivo de encontrar as condiÃÃes nas quais o fenÃmeno conhecido como exchange bias ocorre. Este deve-se a existÃncia de uma interface FM-AFM, que serà o foco nas investigaÃÃes.