The Interactions and magnetization reversal of Ni nanowire arrays and synthetic anit-ferromagnetic coupled thin film trilayers have been investigated through first order reversal curve (FORC) method. By using a quantitative analysis of the local interaction field profile distributions obtained from FORC, it has proven to be a powerful characterization tool that can reveal subtle features of magnetic interactions.

Orientador: Kleber Roberto Pirota / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:29:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CostaArzuza_LuisCarlos_M.pdf: 3383467 bytes, checksum: 8fac04d42ba77c741416d15d643d402a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho visa estudar o comportamento histerético, observado a baixos campos magnéticos, do fenômeno da magnetoimpedância gigante (GMI) em fitas amorfas a base de CoFeSiB com anisotropia magnética transversal. O fenômeno da GMI consiste na variação da impedância elétrica (aproximadamente do 100%) de uma amostra magnética mole quando submetida à aplicação de campo magnético DC externo. Apesar da importância da presença de histerese na GMI, tanto do ponto de vista básico quanto do tecnológico, existem poucos estudos na literatura que visam à explicação da origem desse efeito. Desde o ponto de vista fundamental, o completo entendimento do fenômeno poderia revelar importantes aspectos envolvidos com o processo de magnetização nos materiais considerados. De um ponto de vista prático, a presença da histerese na GMI tanto pode ser desfavorável, quando pensamos na fabricação de sensores, quanto favorável, se levamos em consideração a sua possível aplicação em sistemas de memória magnética. Por outro lado, o método denominado curva de inversão da primeira ordem (first-order reversal curve, FORC, em inglês) mostra-se uma poderosa ferramenta para o estudo e compreensão de fenômenos histeréticos, principalmente da histerese magnética presente em curvas de magnetização de materiais ferromagnéticos. Tal método, fundamentado no modelo clássico de Preisach, dá importantes informações através de medidas de ciclos de histerese secundarias da curva principal. Neste trabalho utilizamos a técnica FORC para estudar o fenômeno da histerese na GMI. Utilizamos fitas amorfas de composição (CoxFe1-x)70Si12B18, com x = 0,040 e 0,045 como sistema de estudo devido a suas propriedades magnéticas moles. Tais fitas possuem 22 µm de espessura, 0,8 mm de largura e constante de anisotropia de 139 J/m3 e 145 J/m3 respetivamente. As medidas de GMI foram realizadas com um analisador de rede vetorial (vector network analizer, VNA, em inglês). Tal equipamento, combinado a um sistema de bobina e fonte de corrente, permitiu-nos fazer medidas de impedância em função da frequência (entre 10 MHz e 1 GHz) e do campo magnético aplicado (até 100 Oe). Consideramos como principal resultado deste trabalho o desenvolvimento de um método eficiente para testar e aprimorar modelos teóricos sobre a origem de tal histerese. Os resultados obtidos do comportamento histeretico no volume e na superficie, foram interpretados levando-se em conta uma estrutura magnética estática volumétrica não uniforme e ao amortecimento das paredes de domínio / Abstract: We studied the hysteretic behavior, observed at low magnetic fields, of the giant magnetoimpedance (GMI) phenomenon in CoFeSiB amorphous ribbons with transversal magnetic anisotropy. The GMI phenomenon consists in the electrical impedance variation (around 100 %) of a soft magnetic sample in the presence of an external DC magnetic field.Despite the importance of hysteresis presence in GMI from technological and basic points of view, it exists only few studies about the description of this effect. From the fundamental outlook, the complete understanding of the phenomenon could reveal important aspects involved in the magnetization process of the concerned materials. For practical applications, the hysteretic GMI can be unfavorable (for example for sensor development) or favorable (for example for magnetic storage memories). On the other side, first-order reversal curve (FORC) method is a powerful tool for the study and understanding of hysteretic phenomena, mainly for the hysteresis present in the magnetization curves of ferromagnetic materials. This method, based on the classical Preisach model, allows to extract important information through minor hysteresis loops inside the major one. In this work, we used the FORC technique to study the GMI hysteretic phenomenon. We investigated amorphous ribbons of (CoxFe1-x)70Si12B18 composition, where x = 0.040 and 0.045. Those ribbons were 2 µm thick and 0.8 mm wide. The GMI measurements were performed with a vector network analyzer (VNA). This equipment, coupled with a system of coil and power supply, allowed impedance measurements versus frequency (between 10 MHz and 1 GHz) and applied magnetic field (until 100 Oe). We consider that the main achievement of this work is the development of an efficient method allowing to test and improve theoretical models about the hysteresis origin. The obtained results were interpreted taking into account a non homogeneous static magnetic structure along the ribbon volume with domain walls damping / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Marcelo Knobel, Kleber Roberto Pirota / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T10:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ValenzuelaAcuna_LeninaAlejandra_D.pdf: 6580739 bytes, checksum: f221d85ff3a59859f824164188637f28 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: No nosso trabalho utilizamos o fenômeno da magnetoimpedância gigante (GMI) como uma ferramenta de pesquisa na caracterização de ferromagnetos amorfos. Estes materiais são muito moles do ponto de vista magnético, o que pode servir para diversas aplicações, tais como na construção de sensores e de dispositivos de alta frequencia. Na primeira parte da tese veremos como a GMI se torna uma técnica complementar na caracterização da cristalização em materiais amorfos. Na segunda parte da tese estudamos uma fita que apresenta histerese na GMI, de modo inédito utiliza-se o método de First Order Reversal Curves (FORC), em medidas da impedância. Os resultados apresentam um comportamento complexo, para os quais estamos propondo uma interpretação particular. Os materiais que mostram este comportamento podem ser úteis nas aplicações de, por exemplo, armazenamento de informação. Inicialmente, realizamos tratamento térmico convencional e por aquecimento Joule em fitas amorfas de composição Fe86Zr7Cu1B6 fabricadas pelo método melt spinning. Quando tratadas termicamente ocorre a cristalização de partículas a-Fe, e no geral o tamanho das partículas aumenta com o aumento da magnitude do tratamento (temperatura ou corrente). Nas medidas de magnetização vemos geralmente que a coercividade apresenta baixos valores e há um endurecimento nas amostras onde se observou um aumento no tamanho dos grãos no início da cristalização. Por outro lado, a fração cristalina nas amostras tem uma tendência ao aumento com o tratamento térmico, que se reflete nas medidas de raios X e da magnetização de saturação Ms. Vimos também que as medidas de GMI em função da frequência, apresentam resultados atípicos: diferente da relação com a raiz quadrada da frequência, a GMI máxima apresenta curvas que indicam uma diminuição da resposta GMI para frequências altas. Isto foi interpretado como sendo devido à não-homogeneidade da formação dos cristais no volume das amostras. Consideramos a relação inversa do coeficiente de penetração dm com a frequência. Vemos que com o aumento da frequência diminui a região onde circula a corrente ac a qual está mais próxima à superfície, onde há partículas maiores o que deixa o material magneticamente mais duro. Na segunda parte do trabalho apresentamos uma aplicação inovadora da união da técnica de caracterização FORC com medidas de GMI. Utilizamos fitas amorfas, de composição (FexCo1-x)70Si12B18 (x = 0,045; 0,048; 0,049; 0,050) que foram fabricadas pelo método melt spinning. Nestas induziu-se anisotropia transversal por meio de tratamentos térmicos junto à aplicação de tensão. A resposta GMI apresentou um comportamento histerético, o eu nos levou a querer usar a técnica FORC para entender a causa deste. A forma de interpretação das curvas e diagramas FORC apresentou um novo desafio. Sabemos que a variação da impedância é ocasionada pela variação da permeabilidade transversal na amostra. Foi proposta a hipótese de que o processo histerético se deve a uma transformação no tipo de paredes de domínio com o campo, de modo que cada tipo de parede tem uma µt associada. Observou-se também a dependência da distribuição FORC com a frequência, anisotropia, e relativa à componente da impedância (parte real ou imaginária) / Abstract: In this work, we used the giant magnetoimpedance (GMI) effect as a research tool to characterize ferromagnetic amorphous materials. These materials have ultra-soft magnetic features, which can be useful for various applications, e.g. sensors and high frequency devices. In the first part, we will see how GMI becomes a complementary technique to characterize the crystallization in amorphous materials. In the second place, we studied a ribbon that shows hysteresis in the GMI response. The First Order Reversal Curves (FORC) method was applied in impedance measurements as a novel technique. We are proposing a particular interpretation for the complex obtained results. The applications of these materials with hysteretic behavior can be useful to magnetic recording, for example. In the first part of the work, we induced the crystallizations of a-Fe particles in amorphous ribbons of composition Fe86Zr7Cu1B6 manufactured by melt spinning method, by thermal treatment (conventional and Joule heating). In general, the size of particles increases with the temperature or current of treatment. In magnetization measurements the coercivity has usually low values. There is a hardening in samples with bigger size grains, at the beginning of crystallization. On the other hand, the crystalline fraction in the samples has a tendency to increase with thermal treatment, which is reflected in measurements of X-rays and the saturation magnetization Ms. We have also seen that the GMI measurements as a function of frequency show rather atypical results: the maximum GMI as a function of frequency shows a decrease in the GMI response to high frequencies, that differ from the relationship with the square root of frequency. This was interpreted as being due to non-homogeneity of the formation of crystals in the volume of samples. If we consider the inverse relationship of penetration coefficient with frequency dm, we can see that with the increase of frequency decreases the region where the ac current flows, which, in turn, is closer to the surface. In this region there are larger particles, making the material magnetically harder. In the second part of the work, we present an innovative application of the junction of characterization technique FORC with measurements of GMI. We use amorphous ribbons of composition (FexCo1-x)70Si12B18 (x = 0,045; 0,048; 0,049; 0,050)produced by melt spinning. A transverse anisotropy was induced by thermal treatments with the application of stress. We applied the FORC technique in order to help to understand the hysteretic behavior in the GMI response. The interpretation of the GMI curves and FORC diagrams is a new challenge. We know that the variation of impedance is caused by the change of transverse permeability sample µ t. We proposed the hypothesis that the hysteretic process is due to a change in the type of domain walls with the field, so that each type of wall has an associated µt. We also observed the dependence of the FORC distribution with frequency, anisotropy, and with the components of the impedance (real or imaginary part) / Doutorado / Doutora em Ciências

Orientadores: Kleber Roberto Pirota, Fanny Béron / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-31T01:32:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CostaArzuza_LuisCarlos_D.pdf: 5838350 bytes, checksum: f92268a1c7835ed7d3d7f0a83abe2e63 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Este trabalho visa estudar a inversão da magnetização de redes de nanofios de níquel modulados, incorporados em membranas porosas de alumina. A modulação do nanofio foi obtida a partir da variação do diâmetro, resultando em nanofios com dois segmentos. O diâmetro de cada segmento está ao redor do diâmetro crítico do Ni (40 nm), onde, abaixo e acima do mesmo, a inversão da magnetização acontece por meio de diferentes estruturas da parede de domínio; transversais e vórtex. A caracterização magnética das redes de nanofios foi feita usando simulações micromagnéticas e curvas de histerese magnética e de reversão de primeira ordem (método FORC). As medidas foram realizadas em vários arranjos de nanofios ordenados com diferentes razões de comprimento e diâmetros de segmentos, e estas foram comparadas com o arranjo de nanofios sem variação do diâmetro. Simulações micromagnéticas em nanofios isolados e arranjo de nanofios de primeiros vizinhos, mostram que a estrutura da parede de domínio, a qual depende do diâmetro do segmento, sofre uma transformação ao cruzar a região da modulação do diâmetro, porém a dinâmica da transformação depende das dimensões de cada segmento do nanofio. O comportamento magnético experimental do arranjo é atribuído a um campo de interação não homogêneo entre os nanofios, o qual surge devido a modulação do diâmetro. Este campo dá origem a uma interação mais forte na extremidade com diâmetro maior em relação à extremidade com diâmetro menor, resultando em um comportamento da susceptibilidade bastante complexo. Consideramos como principal resultado deste trabalho à possibilidade de controlar o mecanismo de inversão da magnetização em rede de nanofios modulados através da modulação do diâmetro. Os resultados obtidos foram interpretados através dos diagramas FORC, onde o processo dinâmico da inversão da magnetização é evidenciado por meio de diagramas estáticos (diagramas FORC), similar a uma foto estroboscópica / Abstract: We studied the magnetization reversal in modulated nickel nanowire arrays, embedded in porous alumina membranes. The modulation of the nanowire was obtained from the variation in diameter, resulting in nanowires with two segments. The diameter of each segment is below and above the critical diameter for Ni (40 nm), for which the reversal of magnetization changes from transversal to vortex domain wall structure. Magnetic characterization of nanowire networks was made using micromagnetic simulations, magnetic hysteresis and First-order reversal curves (FORC method). The measurements were performed in nanowire arrays with different ratios of length and diameter. The results were compared with the arrangement of nanowires without diameter variation. Micromagnetic simulations for isolated nanowires and nanowire array with few magnetic entities show that the structure of domain wall, which depends on the segment diameter, changes when it crosses the separation region of the diameter modulation and the dynamics of transformation depends on the dimensions of each nanowire¿s segment. The experimental magnetic behavior of the nanowire array is attributed to an inhomogeneous interaction field among the nanowires due to diameter modulation. This effect gives rise to a stronger interaction in the larger diameter segment resulting in a very complex susceptibility behavior. We consider the possibility to control the reversal magnetization mechanism in nanowire array through diameter modulation as the main result of this work. The results were interpreted using the FORC diagrams where the dynamic process of magnetization reversal is evidenced by static diagrams (FORC diagrams), similar to a stroboscopic picture / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 1060136/2011 / CAPES