Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:39:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266729.pdf: 5006152 bytes, checksum: 58db8c50fcedd27d96ab88bf92c3705f (MD5) / As propriedades magnetorresistivas de nanoestruturas de Co/Cu eletrodepositadas é investigada para diferentes geometrias. Na primeira parte, multicamadas de Co/Cu estruturadas na forma de válvulas de spin são investigadas em termos da magnetorresistência gigante (GMR). Apresenta-se um processo de otimização do efeito GMR em função do potencial de deposição, espessura das camadas e uso de surfactantes. Na segunda parte, uma técnica de nanoestruturação baseada em litografia de nanoesferas é apresentada e usada na fabricação de multicamadas porosas lamelares de Co/Cu. Suas propriedades magnéticas e de magnetotransporte são apresentadas e interpretadas qualitativamente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-23T03:19:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 242487.pdf: 5161787 bytes, checksum: cb5c128dfd176401b9d54995ed4db2e4 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um procedimento experimental de eletrodeposição potenciostática de filmes finos e aglomerados de ferro sobre superfícies de lâminas de silício monocristalino tipo-n visando a obtenção de estruturas com potencial aplicação na fabricação de dispositivos como sensores magnetorresistivos. Na busca por um sistema estável para medidas magnetorresistivas em depósitos com espessuras nanométricas foram estudados eletrólitos contendo sulfato de ferro (FeSO4), ácido bórico (H3BO3) e ácido sulfúrico (H2SO4). Os parâmetros de eletrodeposição, como concentrações dos reagentes, potencial de deposição, pH e temperatura do eletrólito, foram otimizados para a obtenção de depósitos com boa aderência ao substrato de silício, revestimento uniforme e aspecto metálico. Através da técnica de voltametria observamos os potenciais de eletrodo que promovem as reações de oxidação e redução. Os transientes de corrente obtidos durante a preparação das amostras foram comparados com modelos teóricos para melhor compreender o processo de crescimento dos depósitos de Fe. A morfologia das superfícies foi observada através de imagens de microscopia de força atômica (AFM). As propriedades elétricas foram analisadas a partir de medidas da resistividade dos filmes finos e por curvas IxV das interfaces metal-semicondutor, enquanto que as propriedades magnéticas foram investigadas a partir de medidas de magnetorresistência (MR) e magnetometria de amostra vibrante (VSM). Os melhores resultados foram obtidos para o eletrólito composto por 10mM de FeSO4 e 5mM de H3BO3 e com pH de 2,3 estabilizado com a adição de H2SO4. A espessura dos filmes de Fe eletrodepositados variou de 20 à 500 nm, sendo que a máxima rugosidade media quadrática observada foi de 18 nm.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:59:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 268497.pdf: 3658140 bytes, checksum: 9d517b4b34fbf65f3fc4212f1e97fdfd (MD5) / O processo de eletrodeposição de filmes de cobre a partir de um eletrólito contendo sulfatos de cobre e cobalto, além de citrato de sódio como agente complexante, foi investigado quanto ao processo de nucleação e crescimento. A evolução da rugosidade foi acompanhada por microscopia de força atômica e as imagens foram analisadas sob a ótica da teoria de invariância por escala. Diversas funções estatísticas foram comparadas, a fim de determinar a relevância ou não desse método de análise. Dentre os vários métodos investigados, o método variacional demonstrou ser o mais exato e preciso na determinação do coeficiente de Hurst. Por outro lado, o uso da função largura de interface unidimensional se mostrou adequado na determinação dos coeficientes dinâmico, de crescimento e de rugosidade. O processo de nucleação dos filmes de cobre desse sistema é progressivo para baixos valores de sobrepotencial, passando a instantâneo à medida que o valor de sobrepotencial cresce. Da mesma forma, a evolução temporal da rugosidade apresenta invariância normal, passando para anômala, quando se aumenta o valor de sobrepotencial. O coeficiente de Hurst determinado pelo método variacional é menor em filmes de nucleação progressiva, evidenciando uma superfície mais irregular, como seria de se esperar.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:27:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224308.pdf: 3658140 bytes, checksum: 9d517b4b34fbf65f3fc4212f1e97fdfd (MD5) / O processo de eletrodeposição de filmes de cobre a partir de um eletrólito contendo sulfatos de cobre e cobalto, além de citrato de sódio como agente complexante, foi investigado quanto ao processo de nucleação e crescimento. A evolução da rugosidade foi acompanhada por microscopia de força atômica e as imagens foram analisadas sob a ótica da teoria de invariância por escala. Diversas funções estatísticas foram comparadas, a fim de determinar a relevância ou não desse método de análise. Dentre os vários métodos investigados, o método variacional demonstrou ser o mais exato e preciso na determinação do coeficiente de Hurst. Por outro lado, o uso da função largura de interface unidimensional se mostrou adequado na determinação dos coeficientes dinâmico, de crescimento e de rugosidade. O processo de nucleação dos filmes de cobre desse sistema é progressivo para baixos valores de sobrepotencial, passando a instantâneo à medida que o valor de sobrepotencial cresce. Da mesma forma, a evolução temporal da rugosidade apresenta invariância normal, passando para anômala, quando se aumenta o valor de sobrepotencial. O coeficiente de Hurst determinado pelo método variacional é menor em filmes de nucleação progressiva, evidenciando uma superfície mais irregular, como seria de se esperar.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-19T22:44:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 203127.pdf: 728091 bytes, checksum: c6002b92be203a29f4da8585a622e54b (MD5) / Este trabalho teve como principal objetivo medir o poder termoelétrico de filmes finos de ligas de Cu e Ni em substrato de Si tipo n (100), fabricados através de eletrodeposição potenciostática. O poder termoelétrico em função da temperatura foi obtido através do método diferencial, onde é aplicado um pequeno gradiente de temperatura na amostra enquanto é lida a diferença de potencial elétrico gerada (voltagem Seebeck), em função da temperatura média do filme. Neste intuito, foi implementado um equipamento para medida do poder termoelétrico em filmes finos no intervalo que vai da temperatura ambiente até 200 oC. Foram analisados também filmes finos de CuNi eletrodepositados sobre substrato de Ni/kapton e Au/vidro. As propriedades elétricas e termoelétricas das ligas de CuNi eletrodepositadas apresentaram um comportamento semelhante ao observado em ligas volumétricas. Uma importante etapa foi a consideração da influência do substrato de silício sobre o poder termoelétrico do sistema CuNi/Si.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T23:30:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 187008.pdf: 1899276 bytes, checksum: 7d60bff27a4c1b8477347505f31813ea (MD5) / Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de investigar a preparação e caracterização de estruturas metálicas magnéticas eletrodepositadas em silício. O sistema magnético escolhido consiste de camadas alternadas finas (denominadas de multicamadas) de metais magnéticos e não magnéticos, com espessuras da ordem unidades a dezenas de nanômetros, que apresentam o fenômeno físico conhecido por

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-20T01:17:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222615.pdf: 7240029 bytes, checksum: 25139e93805108a3a6ca32a61022d7ba (MD5) / O objetivo deste trabalho é a obtenção de nanoestruturas metálicas em superfícies de silício monocristalino empregando métodos eletroquímicos. Foram exploradas concomitantemente duas frentes de pesquisa: (1) preparação de superfícies de silício com padrão de organização nanoscópico; e (2) utilização destas como substrato para a eletrodeposição de nanoestruturas metálicas. Foram analisadas as condições necessárias para a obtenção de superfícies hidrogenadas de silício H-Si(111) com terraços monoatômicos livres de defeitos (pites), preparadas a partir do desbaste químico de lâminas Si(111) em solução de NH4F. A influência dos diferentes parâmetros de preparação foi investigada com medidas eletroquímicas e observações AFM ex-situ. Para obter superfícies H-Si(111) sem pites, foi demonstrado que são indispensáveis tanto a remoção do oxigênio diluído na solução de desbaste quanto a presença da face rugosa da lâmina durante o processo de corrosão. Verificou-se que esta age como um anodo de sacrifício na amostra, polarizando catodicamente a superfície de interesse, protegendo-a da corrosão anódica do silício responsável pela formação de pites nos terraços. As características estruturais das lâminas de partida, determinadas por difração de raios X, influenciam na topografia final da superfície H-Si(111). A quantidade de degraus monoatômicos observados nas imagens AFM destas superfícies é diretamente proporcional à intensidade do desvio entre a direção cristalográfica <111> e a normal à superfície das lâminas de partida. Por outro lado, a morfologia das bordas dos terraços monoatômicos está associada à direção cristalográfica no plano [111] que emerge da superfície das lâminas. Quando esta é próxima à < -1 -1 2>, são obtidas superfícies H-Si(111) com degraus monoatômicos retilíneos em larga escala (>µm). A eletrodeposição potenciostática de Au mostrou-se ser seletiva em tais superfícies H-Si(111). Dependendo do potencial de deposição empregado, conforme observado com AFM, varia tanto a quantidade quanto a localização dos sítios de nucleação de Au nesta superfície. Numa determinada faixa de potencial, este sistema eletroquímico apresentou mecanismo anisotrópico de nucleação, onde Au deposita-se predominantemente sobre os degraus monoatômicos do substrato. Deste modo foi possível preparar nanoestruturas Au/Si(111) cujo padrão nanométrico de organização é regido pela topografia do substrato empregado. Nos ensaios de microscopia AFM também foi constatado uma quantidade significativa dos aglomerados de Au eletrodepositados que possuem formato achatado com contorno poliédrico bem definido cujo um dos lados está alinhado ao degrau da superfície H-Si(111). Este indício de crescimento ordenado Au(111) e em epitaxia com o substrato foi investigado a partir de ensaios de DRX de difração normal e plana respectivamente. Com estes experimentos foi verificado tanto que a quantidade de ouro depositada com textura Au(111), quanto o grau de epitaxia e alinhamento perpendicular do depósito com o substrato, aumentam gradativamente a medida que o potencial de deposição torna-se mais negativo. Foi proposto um modelo para descrever a dependência do mecanismo de nucleação e crescimento de Au sobre Si(111) com o potencial de deposição. Segundo este modelo, ocorre a segregação da camada de hidrogênio da superfície H-Si(111) para potenciais mais intensos (mais negativos) privilegiando a formação de ligações Au-Si. Para finalizar, tais estruturas Au/Si(111) foram empregadas como substrato para a eletrodeposição de camadas metálicas de cobalto. Os aglomerados de Au na superfície destas amostras serviram para ancorar a nucleação de Co. Deste modo, foi possível produzir nanoestruturas magnéticas com morfologia determinada, indiretamente, pela distribuição de degraus monoatômicos do substrato Si(111). Em tais amostras Co/Au/Si(111) verificou-se a presença de anisotropia magnética perpendicular e plana, sendo esta última induzida pela distribuição anisotrópica de aglomerado na superfície do substrato.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-23T11:47:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249025.pdf: 10494309 bytes, checksum: 1e346c7cd040d9fa037f383c5d0931b8 (MD5) / Neste trabalho foram investigadas as propriedades magnetorresistivas de ligas Fe-Ni, com composição próxima da liga Permalloy, eletrodepositadas em substratos semicondutores de silício monocristalino tipo-n. O objetivo do trabalho é estudar sistemas metal ferromagnético/semicondutor com potencial aplicação em dispositivos spintrônicos. As amostras foram eletrodepositadas com corrente constante (modo galvanostático) e caracterizadas com o emprego das técnicas de microscopia de força atômica (AFM), modos contato e de sensoriamento de corrente, microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (SEM-FEG), magnetometria de amostra vibrante (VSM) e medidas de resistência elétrica e magnetorresistência (MR). Foram determinados os parâmetros experimentais para i) a formação de aglomerados da liga na superfície do semicondutor em regimes abaixo e acima do limite elétrico de percolação e ii) para a injeção de portadores sem o controle da barreira Schottky da interface metal/semicondutor. O resultado mais significativo foi obtido para aglomerados separados por distâncias nanométricas, ou seja, abaixo do limite de percolação, nos quais o efeito magnetorresistivo é típico de magnetorresistência gigante, indicando a passagem de corrente polarizada em spins pelas estruturas formadas pelos aglomerados de Fe-Ni e o substrato de Si.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-23T18:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257314.pdf: 2054940 bytes, checksum: c538958d2fd34d3df10b80959bc4c59e (MD5) / Neste trabalho investigamos a influência de movimentos convectivos sobre transientes de correntes elétrica obtidas durante a deposição de metais em células eletroquímicas. Observa-se que ao aumentarmos a temperatura do banho além de 315 K os voltamogramas apresentam irregularidades na parte das curvas que corresponde a corrente estacionária (platôs). Estas irregularidades apresentam formas aleatórias em cada varredura, ainda que a preparação do sistema permaneça constante. Observa-se também que a intensidade dessas irregularidades são amplificadas com o aumento da temperatura. No trabalho teórico que desenvolvemos argumentamos que esse comportamento pode ser uma consequência dos movimentos convectivos que se desenvolvem em função de flutuações na concentração do eletrólito, favorecidas pelo aumento de temperatura ou perturbações mecânicas não intencionais no interior da célula eletrolítica. Curvas teóricas de corrente contra potencial que descrevem a deposição de metais em eletrodos de silício são derivadas a partir de um modelo representado por uma equação de balanço unidimensional que inclui difusão e convecção. A cinética reativa, que também está presente no processo, é incluída no modelo através de uma condição de contorno dependente do tempo e determina o abrandamento da concentração na superfície do substrato, até que a concentração alcance um valor final constante. Um caso particular dessa descrição corresponde ao processo de convecção forçada com velocidade constante. Nesse caso a solução do modelo proposto oferece a densidade de corrente, associada com a adsorção de espécies na superfície, o que permite uma análise da contribuição do efeito convectivo sobre as correntes transientes. Concluímos este trabalho examinando o efeito de movimentos convectivos aleatórios, descritos por um algoritmo Monte Carlo que considera a flutuação temporal aleatória de velocidades de convecção, com média nula, e seus efeitos sobre os perfis de correntes transientes. O modelo prevê acentuadas flutuações no voltamograma, especialmente no platô que corresponde a corrente estacionária que se segue ao processo transiente. Os resultados do modelo teórico são confrontados com dados experimentais de forma a checar sua validade.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:42:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 296374.pdf: 8468087 bytes, checksum: a4a0c479e23d6794ef03ebf6d679b749 (MD5) / A crescente miniaturização de dispositivos eletro-eletrônicos gera uma demanda por dispositivos microrrefrigeradores de alto desempenho a fim de evitar perda de desempenho de componentes eletrônicos devido ao aumento excessivo de sua temperatura. Propomos o desenvolvimento de um microdispositivo refrigerador magnetocalórico, baseados na convicção de que seja esta a aplicação mais nobre e adequada da tecnologia magnetocalórica, uma vez que as maiores dificuldades de sua implantação em larga escala deixam simplesmente de existir: o pequeno volume do dispositivo exige quantidades irrisórias de material magnetocalórico, que são facilmente submetidas a campos de 1-2 Teslas com o uso de imãs permanentes em contato próximo. A realização do dispositivo baseia-se no uso da litografia de nanoesferas associada à eletrodeposição para gerar matrizes magnéticas porosas que formarão o corpo de um regenerador magnético ativo. Na primeira parte do trabalho estudamos, a partir de redes porosas de cobalto e permalloy, a anisotropia induzida pela nanoestruturação, sua evolução com a espessura do depósito e como a mesma afeta propriedades magnéticas extrínsecas do material, tais como campo coercivo e magnetização remanente, que estão relacionadas com perdas histeréticas que devem ser minimizadas, a fim de que a proposta seja viável. Verificamos que as perdas histeréticas diminuem com o aumento da periodicidade da rede e a espessura do depósito poroso. Ademais, verificamos que a nanestruturação reduz em 40% a energia necessária para magnetizar a rede porosa na direção perpendicular ao plano em relação a filmes compactos de mesma espessura. Portanto a geometria proposta se apresenta como uma alternativa viável, que pode ser inclusive estendida a dispositivos macroscópicos. Na segunda parte do trabalho procedemos às primeiras tentativas de eletrodeposição de Gd a partir de eletrólitos orgânicos. Os resultados mostram que a eletrodeposição de Gd é inibida pela presença de água residual presente no eletrólito. A utilização de câmaras secas anaeróbicas será essencial para a continuidade desta frente de investigação no futuro.