Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T17:04:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TaveraLlanos_Wilfredo_D.pdf: 3259819 bytes, checksum: 421c917482ee2fda740f7b8024865d6c (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Apresenta-se um estudo das propriedades de transporte em multicamadas metálicas magnéticas incluindo efeitos diamagnéticos dependentes do spin das órbitas eletrônicas, visando esclarecer se elas podem formar parte da explicação do efeito de magnetoresistência gigante observado naqueles sistemas. Os elétrons numa multicamada sofrem a ação de um campo magnético interno efetivo forte, o qual tem origem na grande energia de troca característica dos metais ferromagnéticos; portanto, as superfícies de Fermi para spin maioria e minoria e a correspondente topologia das órbitas são muito diferentes para cada spin. O espalhamento desde a camada espaçadora consegue acoplar topologias diferentes em ambos os lados da interface numa forma similar ao fenômeno de breakdown magnético. Faz-se cálculos dos tensores galvanomagnéticos para ambas as configurações, com acoplamento ferro ou anti-ferromagnético entre camadas magnéticas, e computa-se a sua diferença. O coeficiente de transmissão para o espalhamento na interface é modelado através de um potencial adequado para descrever as contribuições das diferentes camadas. O tensor de magnetoresistência obtém-se mediante o enfoque cinético de Chambers, que é apropriado para calcular contribuições de redes de órbitas interligadas. Efeitos de compensação contribuem com valores grandes de magnetoresistência quando as camadas estão acopladas anti-ferromagneticamente, e órbitas abertas em direções particulares apresentam resultados interessantes. Sugere-se uma interpretação da magnetoresistência baseada em efeitos da superfície de Fermi onde os efeitos diamagnéticos cumprem um papel importante / Abstract: Diamagnetic and spin-dependent Fermi surface effects are included in the calculation of the transport properties of metallic magnetic multilayers, to elucidate whether they can explain the Giant Magnetoresistance (GMR) effect observed in those systems. We consider that electrons in a multilayer sample, are subjected to a strong effective internal magnetic field, which has its origin in the large spin splitting in ferromagnets. The spin Fermi surfaces for majority and minority carriers are very different, yielding very different electronic orbit topologies for each spin. Scattering from the spacer could then couple orbits of different topologies at both sides of the interface between layers, in a way similar to magnetic breakdown phenomena. We calculate the galvanomagnetic tensors for both configurations, with ferromagnetic and antiferromagnetic couplings between magnetic layers, computing its difference. The transmission coefficient for scattering at the interface boundary is modelled to include magnetic contributions. The magnetoresistance tensor is obtained using the Chambers' path integral approach, which is suited to calculate contributions of entangled networks of electronic orbits. Compensation-like effects enhance the magnetoresistance when the layers are coupled antiferromagnetically, and open orbits in particular directions yield interesting results. We suggest an interpretation of the magnetoresistance based in Fermi surface effects where diamagnetic effects have an important role / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo583_1.pdf: 3519016 bytes, checksum: af82ef1f843e970904d021ee07d4e197 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação serão descritos a preparação e caracterização de filmes finos e multicamadas magnéticas nos quais foram induzidas fortes anisotropias uniaxiais durante o processo de fabricação. Para induzir anisotropias uniaxiais utilizamos o crescimento dos filmes em condições de sputtering oblíquo variando o ângulo de incidência entre o feixe de partículas e o substrato de 0o a 70o. Foram investigados filmes policristalinos de Permalloy (Py) (Ni81Fe19) crescidos sobre substratos de Si(001), filmes monocristalinos de ferro crescidos sobre substratos de MgO(001) e bicamadas do tipo exchange-bias com a composição Py/IrMn. Além do crescimento oblíquo, em alguns filmes foi aplicado um pequeno campo magnético externo durante o processo de fabricação. Como as taxas de crescimento dos filmes dependem do tipo de material e do ângulo de inclinação (), tivemos que calibrar as taxas de deposição utilizando a técnica de microscopia por força atômica. As propriedades magnéticas foram caracterizadas pelas técnicas de ressonância ferromagnética (FMR) e magnetometria por efeito Kerr magneto-óptico (MOKE). As dependências angulares do campo de FMR e da largura de linha dão informações sobre as anisotropias presentes nas amostras e sobre os processos de relaxação ferromagnética, respectivamente. Verificamos que o processo de deposição oblíquo induz uma anisotropia uniaxial cujo valor de campo varia de 0 a centenas de Oe em filmes de Py. O efeito desta forte anisotropia se reflete diretamente nos mecanismos de relaxação ferromagnética. Verificamos que para pequenos valores do ângulo de deposição  ≤ 30o apenas o mecanismo de relaxação de Gilbert está presente nos filmes de Py. Para ângulos intermediários aparece o mecanismo de dois mágnons e para ângulos  acima de 60 graus aparecem mecanismos de relaxação associados a flutuações dos campos internos de anisotropia. A dependência angular do campo de FMR dos filmes de Fe(001) investigados nesta dissertação apresentam uma simetria típica de anisotropia cúbica. As dependências angulares das larguras de linha dos filmes Fe(001) apresentam uma forte dependência com os mecanismos de relaxação. Neste caso também identificamos claramente os efeitos dos diversos mecanismos de relaxação que se superpõem. Todos os dados experimentais foram interpretados por um modelo fenomenológico que leva em consideração os termos relevantes da energia livre magnética Os parâmetros fenomenológicos extraídos dos ajustes da dependência angular do campo de FMR foram utilizados para interpretar a dependência angular da linha de FMR. As medidas de curvas de magnetização também foram interpretadas pelo mesmo modelo e estão de acordo com as medidas dinâmicas realizadas por FMR

Orientador: Eurípedes Guilherme de Oliveira Nóbrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:03:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campos_CamilaDalbenMadeira_M.pdf: 9869401 bytes, checksum: bc1789824b2736168f866a07630a3abc (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma microbomba de membrana acionada eletromagneticamente, tornando possível sua utilização futura em dispositivos que reúnam de maneira eficiente diversos processos microfluídicos. Para atingir este objetivo foi necessário o desenvolvimento do atuador, composto de uma membrana flexível e uma microbobina, e do modelo, aqui desenvolvido utilizando a técnica de grafos de conexão, que permita o planejamento futuro das aplicações deste dispositivo. A membrana flexível foi fabricada utilizando-se resina fotocurável de poliuretano-acrilato ou silício corroído em banho KOH e recebeu filmes de níquel puro, depositados por processo à vácuo e eletroquímico e filmes depositados eletroquimicamente da liga CoNiMnP. Tais membranas atingiram deslocamentos próximos a 1?m frente a campos magnéticos de aproximadamente 250 G. As microbobinas, produzidas por meio de deposição eletrolítica de ouro sobre alumina, foram capazes de gerar campos magnéticos ao redor de 50 G. A microbomba com câmara de bombeamento de 10 mm, fabricada com corpo em poliuretano-acrilato e com o atuador descrito apresentou um bom fluxo de líquido nos testes com água. / Abstract: This investigation was conducted to develop a new membrane micropump, magnetically actuated, able to be used in lab-on-a-chip devices. To reach this target, a new actuator was eloped, containing a microcoil and a flexible diaphragm covered with metallic film, and a bond-graph model, leading future applications planning. The diaphragm was made using photocurable polyurethane acrylate resin or silicon etched in KOH bath, covered with pure nickel films, deposited by sputtering and electroplating techniques and electroplated CoNiMnP films. Diaphragms reached 1 ?m displacement facing 250G magnetic fields. Microcoils, obtained by electroplating over alumina surfaces, produced magnetic fields close to 50G. Micropump pumping chamber diameter of 10 mm, made using polyurethane acrylate and using the described actuator produced good water flow in the tests / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

This thesis focuses on the role of interfacial strain in heterostructures to modify the magnetism of thin ferromagnetic films due to the inverse magnetostrictive effect, defined as the change of magnetization produced in ferromagnetic materials by an external stress. Thus, the magnetic control can be obtained without applying an external field by using heterostructures composed of a non-magnetic layer characterized by a temperature-driven structural phase transition coupled to a ferromagnetic layer. In such heterostructures, the magnetization of the ferromagnetic layer is modified through changes in the stress field at the interface when the structural phase transition in the non-magnetic layer (actuator) is carried out. In this work, we used NiTi shape memory alloy as the actuator to modify the magnetic behavior of ferromagnetic films through the magneto-elastic coupling in novel NiTi/Ni and NiTi/Co heterostructures. NiTi, when near its equiatomic composition, is a shape memory alloy that undergoes a reversible structural phase transition with temperature, providing stress on the ferromagnetic film. We chose this alloy because NiTi exhibits a large recovery stress with transition temperatures above room temperature for Ti-rich NiTi films, which is of interest for technological applications of the heterostructures. Since the right microstructure of NiTi is important to observe structural phase transition and it defines the characteristic of the transition, an extensive review on previous research on NiTi is detailed in this thesis. Thus, to ensure large stress during the NiTi structural transition with temperature, the NiTi alloy must be near its equiatomic composition with a thickness above 800 nm. Both characteristics were confirmed by Rutherford Backscattering analyses. The crystal structure and its transition with temperature were studied by X-ray diffraction measurements. In-plane magnetization and hysteresis measurements with temperature, performed on a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer, prove the magneto-elastic coupling that was observed as an enhancement in the magnetic moment of the ferromagnetic layer. Such enhancement becomes the feature of magneto-elastic coupling in these novel NiTi/ferromagnetic heterostructures. / Esta tese estuda o papel da tensão interfacial em filmes heterogêneos na modificação do magnetismo de camadas ferromagnéticas finas por meio do efeito magnetoestritivo inverso, definido como a mudança de magnetização produzida em materiais ferromagnéticos por um estresse externo. Tecnologicamente, isto visa ter um grau de controle magnético do material sem a aplicação de um campo externo, usando heteroestruturas compostas por uma camada não magnética caracterizada por uma transição de fase estrutural acionada pela temperatura, acoplada a uma camada ferromagnética. Em tais heteroestruturas, a magnetização da camada ferromagnética é modificada através de alterações no campo de tensão na interface quando a transição de fase estrutural na camada não magnética (atuador) é realizada. Assim, utilizamos a liga com memória de forma NiTi como atuador, para modificar o comportamento magnético de filmes ferromagnéticos através do acoplamento magnetoelástico em novas heteroestruturas de NiTi/Ni e NiTi/Co. O NiTi, quando próximo à sua composição equiatômica, é uma liga com memória de forma que sofre uma transição de fase estrutural reversível com a temperatura, proporcionando tensão no filme ferromagnético. Escolhemos esta liga porque o NiTi apresenta uma grande tensão de recuperação com temperaturas de transição acima da temperatura ambiente, para filmes de NiTi ricos em Ti, o que é de interesse para aplicações tecnológicas das heteroestruturas. A microestrutura do NiTi é fundamental para favorecer a transição de fase estrutural e definir as suas características. Assim, uma extensa revisão de pesquisas anteriores sobre NiTi é detalhada nesta tese. Para garantir um grande estresse durante a transição estrutural do NiTi com a temperatura, o filme de NiTi deve estar próximo de sua composição equiatômica e ter espessura acima de 800 nm. Ambas as características foram confirmadas pelas análises de espectroscopia de retroespalhamento Rutherford. A estrutura cristalina e sua transição com a temperatura foram estudadas por medidas de difração de raios X. Medidas de magnetização e histerese em função da temperatura, com campo aplicado no plano dos filmes, realizadas em um magnetômetro SQUID, comprovaram a existência do acoplamento magnetoelástico, o qual se manifestou através de variações no momento magnético da camada ferromagnética. Essas mudanças de magnetização, observadas principalmente na heteroestrutura com Ni, torna-se a característica principal do acoplamento magnetoelástico nesses novos materiais.

This thesis focuses on the role of interfacial strain in heterostructures to modify the magnetism of thin ferromagnetic films due to the inverse magnetostrictive effect, defined as the change of magnetization produced in ferromagnetic materials by an external stress. Thus, the magnetic control can be obtained without applying an external field by using heterostructures composed of a non-magnetic layer characterized by a temperature-driven structural phase transition coupled to a ferromagnetic layer. In such heterostructures, the magnetization of the ferromagnetic layer is modified through changes in the stress field at the interface when the structural phase transition in the non-magnetic layer (actuator) is carried out. In this work, we used NiTi shape memory alloy as the actuator to modify the magnetic behavior of ferromagnetic films through the magneto-elastic coupling in novel NiTi/Ni and NiTi/Co heterostructures. NiTi, when near its equiatomic composition, is a shape memory alloy that undergoes a reversible structural phase transition with temperature, providing stress on the ferromagnetic film. We chose this alloy because NiTi exhibits a large recovery stress with transition temperatures above room temperature for Ti-rich NiTi films, which is of interest for technological applications of the heterostructures. Since the right microstructure of NiTi is important to observe structural phase transition and it defines the characteristic of the transition, an extensive review on previous research on NiTi is detailed in this thesis. Thus, to ensure large stress during the NiTi structural transition with temperature, the NiTi alloy must be near its equiatomic composition with a thickness above 800 nm. Both characteristics were confirmed by Rutherford Backscattering analyses. The crystal structure and its transition with temperature were studied by X-ray diffraction measurements. In-plane magnetization and hysteresis measurements with temperature, performed on a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer, prove the magneto-elastic coupling that was observed as an enhancement in the magnetic moment of the ferromagnetic layer. Such enhancement becomes the feature of magneto-elastic coupling in these novel NiTi/ferromagnetic heterostructures. / Esta tese estuda o papel da tensão interfacial em filmes heterogêneos na modificação do magnetismo de camadas ferromagnéticas finas por meio do efeito magnetoestritivo inverso, definido como a mudança de magnetização produzida em materiais ferromagnéticos por um estresse externo. Tecnologicamente, isto visa ter um grau de controle magnético do material sem a aplicação de um campo externo, usando heteroestruturas compostas por uma camada não magnética caracterizada por uma transição de fase estrutural acionada pela temperatura, acoplada a uma camada ferromagnética. Em tais heteroestruturas, a magnetização da camada ferromagnética é modificada através de alterações no campo de tensão na interface quando a transição de fase estrutural na camada não magnética (atuador) é realizada. Assim, utilizamos a liga com memória de forma NiTi como atuador, para modificar o comportamento magnético de filmes ferromagnéticos através do acoplamento magnetoelástico em novas heteroestruturas de NiTi/Ni e NiTi/Co. O NiTi, quando próximo à sua composição equiatômica, é uma liga com memória de forma que sofre uma transição de fase estrutural reversível com a temperatura, proporcionando tensão no filme ferromagnético. Escolhemos esta liga porque o NiTi apresenta uma grande tensão de recuperação com temperaturas de transição acima da temperatura ambiente, para filmes de NiTi ricos em Ti, o que é de interesse para aplicações tecnológicas das heteroestruturas. A microestrutura do NiTi é fundamental para favorecer a transição de fase estrutural e definir as suas características. Assim, uma extensa revisão de pesquisas anteriores sobre NiTi é detalhada nesta tese. Para garantir um grande estresse durante a transição estrutural do NiTi com a temperatura, o filme de NiTi deve estar próximo de sua composição equiatômica e ter espessura acima de 800 nm. Ambas as características foram confirmadas pelas análises de espectroscopia de retroespalhamento Rutherford. A estrutura cristalina e sua transição com a temperatura foram estudadas por medidas de difração de raios X. Medidas de magnetização e histerese em função da temperatura, com campo aplicado no plano dos filmes, realizadas em um magnetômetro SQUID, comprovaram a existência do acoplamento magnetoelástico, o qual se manifestou através de variações no momento magnético da camada ferromagnética. Essas mudanças de magnetização, observadas principalmente na heteroestrutura com Ni, torna-se a característica principal do acoplamento magnetoelástico nesses novos materiais.