Estudamos o comportamento estático e os mecanismos de inversão da magnetização de arranjos auto-organizados de nanofios de Ni e Co com alta anisotropia de forma. Os arranjos são obtidos a partir da anodização em dois passos de lâminas de Al e subseqüente eletrodeposição do metal magnético. Sua caracterização estrutural é realizada por microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e magnética e difração de raios X. Seu comportamento magnético é estudado a partir da medida de curvas de inversão de primeira ordem (FORCs) a temperatura ambiente, via magnetometria SQUID ou de amostra vibrante. A análise FORC consiste na construção de uma mapa da resposta magnética do material a partir dos dados experimentais e pode ser interpretado a partir da analogia direta com o modelo de histerese de Preisach. Apresentamos resultados da influência dos diâmetros dos nanofios e do ângulo do campo externo aplicado em relação ao eixo de anisotropia sobre as principais características dos diagramas FORC. Estudamos também a dinâmica de spins em superfícies de O-Fe/W(001) através de espectroscopia por perda de energia de elétrons spin-polarizados (SPEELS). As amostras consistem em 30 monocamadas atômicas de Fe crescidas sobre um monocristal de W(001), via epitaxia por feixe molecular a temperatura ambiente. Subseqüentemente, a amostra é exposta a 5 langmuirs de O2 e sofre um suave annealing a 500 K. A estrutura e a pureza da amostra são analisadas por difração de elétrons de baixas energias e espectroscopia de elétrons Auger. A caracterização magnética é realizada por magnetometria por efeito Kerr magneto-óptico, resultando num filme com alta magnetização remanente no plano. Os espectros de SPEELS revelam uma rica profusão de picos inelásticos tipo spin-flip e nãospin-flip, que exibem clara dispersão ao longo de toda a zona de Brillouin de superfície. Os resultados são atribuídos a modos de superfície de fônons e mágnons (ondas de spin), de acordo com resultados da literatura e com modelos teóricos atuais. / We study the static behavior and the mechanisms of magnetization reversal of arrays of self-organized Ni and Co nanowires with high shape anisotropy. The arrays are obtained by two-step anodization of Al foils and subsequent electrodeposition of the magnetic metal.Their structural characterization is obtained by scanning electron microscopy, atomic and magnetic force microscopy and X-ray diffraction. Their magnetic behavior is studied from the measurement of first order reversal curves (FORCs) at room temperature, via SQUID or vibrating sample magnetometry. The FORC analysis method consists in building a map of the magnetic response of the material from the experimental data and it can be interpreted from the direct analogy with the Preisach model of hysteresis. We present results of the influence of the diameter of the nanowires and the angle of the applied external field in relation to the anisotropy easy-axis on the main features of the FORC diagrams. We also study the spin dynamics of O-Fe/W(001) surfaces through spin-polarized electron energy loss spectroscopy (SPEELS). The samples consist of 30 atomic monolayers of Fe grown on a W(001) single crystal via molecular beam epitaxy at room temperature. Subsequently, the samples are exposed to 5 langmuirs of O2 and suffer a mild annealing at 500 K. The structure and purity of the samples are analyzed by low-energy electron diffraction and Auger electron spectroscopy. The magnetic characterization is performed by magneto-optical Kerr effect magnetometry, resulting in films with high remanent in-plane magnetization. SPEEL-spectra reveal a rich profusion of inelastic spin-flip and non-spin-flip peaks, which exhibit clear dispersion for wave vectors throughout the whole surface Brillouin zone. The results are attributed to surface modes of phonons and magnons (spin waves), in accordance with the literature and with current theoretical models.

Válvulas de Spin têm sido utilizadas na fabricação de sensores magnéticos e memórias de acesso randômico, sendo muito importantes do ponto de vista tecnológico. Neste trabalho, foram exploradas as análises das curvas de reversão de primeira ordem da magnetorresistência (MR-FORC), bem como ajustes das curvas de histereses da magnetização e magnetorresistência, para estudar o fenômeno de exchange-bias, anisotropia magnética e propriedades magnetorresistivas. As válvulas de spin estudadas foram do tipo NiFe/Cu/NiFe/IrMn, tendo camadas semente e de cobertura de Ta, preparadas por sputtering. Um modelo fenomenológico de parede de domínios no material antiferromagnético (AFM) foi utilizado, levando em conta as anisotropias magnéticas e interações entre as camadas. Também foram consideradas certas dispersões da anisotropia dos grãos ferromagnéticos (FM) e antiferromagnéticos (com distribuições Gaussianas) em torno dos respectivos eixos de anisotropia uniaxiais. Para o ajuste da magnetização para algumas amostras, foi necessário utilizar uma rotação no plano de um ângulo nos eixos de anisotropia uniaxiais do FM e AFM, em relação à direção do campo magnético aplicado durante a deposição dos filmes. Bons ajustes das curvas de histereses das magnetizações foram obtidos nas direções medidas do campo magnético aplicado. Um método baseado em medidas de variações angulares da magnetorresistência em campos constantes foi proposto para extrair este ângulo para cada amostra. Foram obtidas razoáveis concordâncias entre estes ângulos e os correspondentes extraídos dos ajustes das curvas de magnetização. Através da análise dos diagramas da MR-FORC e de simulações indicados dos resultados dos ajustes das histereses da magnetização, foi encontrada uma relação direta entre os campos de interação (e suas incertezas) com os campos de exchange-bias (HEB) dos grãos da distribuição (extraídos das simulações, usando a largura da distribuição obtida do ajuste). Resumindo, esta análise mostrou que esta técnica permite extrair informações comparativas sobre a dispersão dos eixos de anisotropia dos grãos FM e AFM em torno do eixo de anisotropia uniaxial, o que pode ser importante na caracterização dos sensores magnetorresistivos. Além disso, análise dos diagramas MR-FORC indicaram início da presença de descontinuidade na camada de NiFe presa em 27, com um aumento acentuado (acima do previsto) para a amostra com 25. Este aumento acima do previsto corrobora com nossa hipótese. As simulações das curvas de histerese da magnetorresistência não foram muito bons, indicando que melhorias devem ser introduzidas no modelo utilizado para a simulação da histerese da magnetorresistência, obtidos a partir dos ângulos das camadas ferromagnéticas livre e presa. A questão referente a presença em algumas das amostras de um desalinhamento entre os eixos fácéis do FM e do AFM ainda é uma questão em aberta, mas neste trabalho foi encontrado que este ângulo é igual a 2. / Spin Valves have been employed as magnetic sensors and used in random access memories, showing they are very important in terms of technological point of view. In this work, analyses of the magnetoresistance first order reversal curves (MR-FORC) have been used, as well as fittings of the magnetization and magnetoresistance hysteresis, to study the exchange-bias phenomena, magnetic anisotropies and magnetoresistance in spin valves. Sputtering has been used to the deposition of NiFe/Cu/NiFe/IrMn, and Ta has been deposited as seed and buffer layers. A domain wall model (in the antiferromagnetic layer) taking into account the magnetic anisotropies and the interactions between the layers has been employed to fit the magnetization hysteresis. Some textures have been also introduced to take into account the ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM) grains dispersion (with Gaussian distributions) centered around the respective uniaxial anisotropy axes. However, to obtain good fits for some samples, it has been necessary to include an in-plane rotation of an angle of the both FM and AFM easy axes in relation to the field direction applied during the growing of the films. Good fits of the magnetization hysteresis have been obtained for all measured directions of the applied field. A new method based on the angular variation of the magnetoresistance to constant fields has been proposed to extract directly these angles. Reasonable agreements have been obtained between these angles and the corresponding ones extracted from the fits of the magnetization loops. Through the analyses of the MR-FORC and from the simulations indicated by the parameters (obtained from the fittings of magnetization loops), a direct relation between the interaction fields (and its uncertainties) and the exchange-bias fields of the grains of the distribution (extracted from the simulations, using the width of the distribution obtained from the magnetization fittings) has been identified. In summary, this analysis has showed that this technique allows to extract comparative information about the dispersion of the anisotropy axes of the FM and AFM grains around the uniaxial axis, which can be very import to the characterization of spin-valve based sensors. Besides, MR-FORC analyses have also indicated the presence of a threshold of discontinuity of the pinned NiFe layer at 27, showing a huge increase (above of the expected) to the sample at 25, and this unexpected increasing has corroborated with our hypothese. Simulations of the magnetoresistance loops have not been good, indicating that improvements should be included in the model employed to simulate these curves, obtained from the pinned and free angles of the NiFe layers. Concerning the case of the presence of misalignments of FM and AFM for some samples, it is still an open question, but in this work, we have found that this angle () is equal to 2.

Estudamos o comportamento estático e os mecanismos de inversão da magnetização de arranjos auto-organizados de nanofios de Ni e Co com alta anisotropia de forma. Os arranjos são obtidos a partir da anodização em dois passos de lâminas de Al e subseqüente eletrodeposição do metal magnético. Sua caracterização estrutural é realizada por microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e magnética e difração de raios X. Seu comportamento magnético é estudado a partir da medida de curvas de inversão de primeira ordem (FORCs) a temperatura ambiente, via magnetometria SQUID ou de amostra vibrante. A análise FORC consiste na construção de uma mapa da resposta magnética do material a partir dos dados experimentais e pode ser interpretado a partir da analogia direta com o modelo de histerese de Preisach. Apresentamos resultados da influência dos diâmetros dos nanofios e do ângulo do campo externo aplicado em relação ao eixo de anisotropia sobre as principais características dos diagramas FORC. Estudamos também a dinâmica de spins em superfícies de O-Fe/W(001) através de espectroscopia por perda de energia de elétrons spin-polarizados (SPEELS). As amostras consistem em 30 monocamadas atômicas de Fe crescidas sobre um monocristal de W(001), via epitaxia por feixe molecular a temperatura ambiente. Subseqüentemente, a amostra é exposta a 5 langmuirs de O2 e sofre um suave annealing a 500 K. A estrutura e a pureza da amostra são analisadas por difração de elétrons de baixas energias e espectroscopia de elétrons Auger. A caracterização magnética é realizada por magnetometria por efeito Kerr magneto-óptico, resultando num filme com alta magnetização remanente no plano. Os espectros de SPEELS revelam uma rica profusão de picos inelásticos tipo spin-flip e nãospin-flip, que exibem clara dispersão ao longo de toda a zona de Brillouin de superfície. Os resultados são atribuídos a modos de superfície de fônons e mágnons (ondas de spin), de acordo com resultados da literatura e com modelos teóricos atuais. / We study the static behavior and the mechanisms of magnetization reversal of arrays of self-organized Ni and Co nanowires with high shape anisotropy. The arrays are obtained by two-step anodization of Al foils and subsequent electrodeposition of the magnetic metal.Their structural characterization is obtained by scanning electron microscopy, atomic and magnetic force microscopy and X-ray diffraction. Their magnetic behavior is studied from the measurement of first order reversal curves (FORCs) at room temperature, via SQUID or vibrating sample magnetometry. The FORC analysis method consists in building a map of the magnetic response of the material from the experimental data and it can be interpreted from the direct analogy with the Preisach model of hysteresis. We present results of the influence of the diameter of the nanowires and the angle of the applied external field in relation to the anisotropy easy-axis on the main features of the FORC diagrams. We also study the spin dynamics of O-Fe/W(001) surfaces through spin-polarized electron energy loss spectroscopy (SPEELS). The samples consist of 30 atomic monolayers of Fe grown on a W(001) single crystal via molecular beam epitaxy at room temperature. Subsequently, the samples are exposed to 5 langmuirs of O2 and suffer a mild annealing at 500 K. The structure and purity of the samples are analyzed by low-energy electron diffraction and Auger electron spectroscopy. The magnetic characterization is performed by magneto-optical Kerr effect magnetometry, resulting in films with high remanent in-plane magnetization. SPEEL-spectra reveal a rich profusion of inelastic spin-flip and non-spin-flip peaks, which exhibit clear dispersion for wave vectors throughout the whole surface Brillouin zone. The results are attributed to surface modes of phonons and magnons (spin waves), in accordance with the literature and with current theoretical models.

Válvulas de Spin têm sido utilizadas na fabricação de sensores magnéticos e memórias de acesso randômico, sendo muito importantes do ponto de vista tecnológico. Neste trabalho, foram exploradas as análises das curvas de reversão de primeira ordem da magnetorresistência (MR-FORC), bem como ajustes das curvas de histereses da magnetização e magnetorresistência, para estudar o fenômeno de exchange-bias, anisotropia magnética e propriedades magnetorresistivas. As válvulas de spin estudadas foram do tipo NiFe/Cu/NiFe/IrMn, tendo camadas semente e de cobertura de Ta, preparadas por sputtering. Um modelo fenomenológico de parede de domínios no material antiferromagnético (AFM) foi utilizado, levando em conta as anisotropias magnéticas e interações entre as camadas. Também foram consideradas certas dispersões da anisotropia dos grãos ferromagnéticos (FM) e antiferromagnéticos (com distribuições Gaussianas) em torno dos respectivos eixos de anisotropia uniaxiais. Para o ajuste da magnetização para algumas amostras, foi necessário utilizar uma rotação no plano de um ângulo nos eixos de anisotropia uniaxiais do FM e AFM, em relação à direção do campo magnético aplicado durante a deposição dos filmes. Bons ajustes das curvas de histereses das magnetizações foram obtidos nas direções medidas do campo magnético aplicado. Um método baseado em medidas de variações angulares da magnetorresistência em campos constantes foi proposto para extrair este ângulo para cada amostra. Foram obtidas razoáveis concordâncias entre estes ângulos e os correspondentes extraídos dos ajustes das curvas de magnetização. Através da análise dos diagramas da MR-FORC e de simulações indicados dos resultados dos ajustes das histereses da magnetização, foi encontrada uma relação direta entre os campos de interação (e suas incertezas) com os campos de exchange-bias (HEB) dos grãos da distribuição (extraídos das simulações, usando a largura da distribuição obtida do ajuste). Resumindo, esta análise mostrou que esta técnica permite extrair informações comparativas sobre a dispersão dos eixos de anisotropia dos grãos FM e AFM em torno do eixo de anisotropia uniaxial, o que pode ser importante na caracterização dos sensores magnetorresistivos. Além disso, análise dos diagramas MR-FORC indicaram início da presença de descontinuidade na camada de NiFe presa em 27, com um aumento acentuado (acima do previsto) para a amostra com 25. Este aumento acima do previsto corrobora com nossa hipótese. As simulações das curvas de histerese da magnetorresistência não foram muito bons, indicando que melhorias devem ser introduzidas no modelo utilizado para a simulação da histerese da magnetorresistência, obtidos a partir dos ângulos das camadas ferromagnéticas livre e presa. A questão referente a presença em algumas das amostras de um desalinhamento entre os eixos fácéis do FM e do AFM ainda é uma questão em aberta, mas neste trabalho foi encontrado que este ângulo é igual a 2. / Spin Valves have been employed as magnetic sensors and used in random access memories, showing they are very important in terms of technological point of view. In this work, analyses of the magnetoresistance first order reversal curves (MR-FORC) have been used, as well as fittings of the magnetization and magnetoresistance hysteresis, to study the exchange-bias phenomena, magnetic anisotropies and magnetoresistance in spin valves. Sputtering has been used to the deposition of NiFe/Cu/NiFe/IrMn, and Ta has been deposited as seed and buffer layers. A domain wall model (in the antiferromagnetic layer) taking into account the magnetic anisotropies and the interactions between the layers has been employed to fit the magnetization hysteresis. Some textures have been also introduced to take into account the ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM) grains dispersion (with Gaussian distributions) centered around the respective uniaxial anisotropy axes. However, to obtain good fits for some samples, it has been necessary to include an in-plane rotation of an angle of the both FM and AFM easy axes in relation to the field direction applied during the growing of the films. Good fits of the magnetization hysteresis have been obtained for all measured directions of the applied field. A new method based on the angular variation of the magnetoresistance to constant fields has been proposed to extract directly these angles. Reasonable agreements have been obtained between these angles and the corresponding ones extracted from the fits of the magnetization loops. Through the analyses of the MR-FORC and from the simulations indicated by the parameters (obtained from the fittings of magnetization loops), a direct relation between the interaction fields (and its uncertainties) and the exchange-bias fields of the grains of the distribution (extracted from the simulations, using the width of the distribution obtained from the magnetization fittings) has been identified. In summary, this analysis has showed that this technique allows to extract comparative information about the dispersion of the anisotropy axes of the FM and AFM grains around the uniaxial axis, which can be very import to the characterization of spin-valve based sensors. Besides, MR-FORC analyses have also indicated the presence of a threshold of discontinuity of the pinned NiFe layer at 27, showing a huge increase (above of the expected) to the sample at 25, and this unexpected increasing has corroborated with our hypothese. Simulations of the magnetoresistance loops have not been good, indicating that improvements should be included in the model employed to simulate these curves, obtained from the pinned and free angles of the NiFe layers. Concerning the case of the presence of misalignments of FM and AFM for some samples, it is still an open question, but in this work, we have found that this angle () is equal to 2.

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

Neste trabalho foram produzidos filmes finos de Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) e válvulas de spin de Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta via Sputtering, e seus comportamentos magnéticos foram estudados analisando curvas de inversão de primeira ordem (First Order Reversal Curves, FORCs). Um Modelo de Preisach com Exchange-Bias foi desenvolvido e sua implementação computacional permitiu simular a histerese e as curvas forcas das bicamadas de NiFe/FeMn. O modelo também permitiu reproduzir os comportamentos assimétricos dos dois ramos da curva de histerese destes filmes. A análise dos resultados evidenciou os efeitos de campo médio sobre a camada de Py em função da espessura da camada de FeMn. A aplicação da análise FORC nas válvulas de spin se revelou interessante para estudar o grau de acoplamento entre as camadas livre e pressa, assim como os efeitos de campo médio em cada camada. / In this work, thin films of Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) and spin valves of Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta were produced via sputtering and their magnetic behavior were studied by First Order Reversal Curves (FORC\'s) analysis. A Preisach Model with Exchange-Bias was developed and applied in order to simulate the hysteresis and the first order reversal curves of the NiFe/FeMn bilayers. In addition, the model allowed to reproduce the asymmetric behaviors present in both branches of the hysteresis curve in these films. The study put in evidence the mean field effects on de Py layer as a function of the thickness of the FeMn layer. The application of the FORC analysis in the spin valves was interesting to study the degree of coupling between the free and the pressed layers, as well as the effect of mean field in each layer.

Neste trabalho foram produzidos filmes finos de Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) e válvulas de spin de Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta via Sputtering, e seus comportamentos magnéticos foram estudados analisando curvas de inversão de primeira ordem (First Order Reversal Curves, FORCs). Um Modelo de Preisach com Exchange-Bias foi desenvolvido e sua implementação computacional permitiu simular a histerese e as curvas forcas das bicamadas de NiFe/FeMn. O modelo também permitiu reproduzir os comportamentos assimétricos dos dois ramos da curva de histerese destes filmes. A análise dos resultados evidenciou os efeitos de campo médio sobre a camada de Py em função da espessura da camada de FeMn. A aplicação da análise FORC nas válvulas de spin se revelou interessante para estudar o grau de acoplamento entre as camadas livre e pressa, assim como os efeitos de campo médio em cada camada. / In this work, thin films of Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) and spin valves of Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta were produced via sputtering and their magnetic behavior were studied by First Order Reversal Curves (FORC\'s) analysis. A Preisach Model with Exchange-Bias was developed and applied in order to simulate the hysteresis and the first order reversal curves of the NiFe/FeMn bilayers. In addition, the model allowed to reproduce the asymmetric behaviors present in both branches of the hysteresis curve in these films. The study put in evidence the mean field effects on de Py layer as a function of the thickness of the FeMn layer. The application of the FORC analysis in the spin valves was interesting to study the degree of coupling between the free and the pressed layers, as well as the effect of mean field in each layer.

Les travaux réalisés lors de cette thèse ont pour but la caractérisation magnétique et structurale de réseaux ultra-denses de nanofils monocristallins de cobalt de structure hcp avec l’axe c parallèle à l’axe des nanofils. Ces réseaux sont obtenus par une méthode physico-chimique dite croissance hybride. Le nanomatériau obtenu est un réseau de nanofils monocristallins de Co verticaux épitaxiés sur un film de platine. La cristallinité des nanofils induit une forte anisotropie perpendiculaire au réseau faisant émerger des propriétés physiques qui pourraient répondre au cahier des charges pour constituer des média magnétiques à haute capacité. Le manuscrit s’organise en quatre parties. Il convient dans un premier temps d’exposer une revue de la littérature décrivant le comportement magnétique d’un nano-cylindre isolé puis d’un réseau hexagonal de nano-cylindres. La méthode de magnétométrie utilisée pour caractériser ces réseaux est appelée méthode FORC (First Order Reversal Curves). La mesure et le traitement associé permettent de tracer des diagrammes dits FORC dans lesquels peuvent être lus les caractéristiques magnétiques des nanofils et leurs interactions. La lecture de ces diagrammes n’étant pas directe, le chapitre II est consacré à la description de la méthode FORC appliquée à des assemblées d’hystérons. Cette investigation a demandé d’être soutenue par des simulations micromagnétiques afin d’appuyer les hypothèses formulées lors de l’interprétation des diagrammes FORC mesurés. Il apparait ainsi une famille en très bon accord avec les modèles théoriques exposés dans le chapitre I, puis une seconde famille dont la description précise nécessite l’ajout d’une interaction magnétisante entre nanofils en plus de l’interaction magnétostatique. / The work carried out during this thesis aims at the magnetic and structural characterization of ultra-dense arrays of single crystalline cobalt hcp nanowires with the c axis parallel to the wires axis. These arrays are obtained by a physicochemical method called hybrid growth. The resulting nanomaterial is an array of vertical Co nanowires epitaxially grown on a platinum film, with diameters of 6 to 15 nm and coated with organic ligands. The crystallinity of the nanowires induces a strong anisotropy perpendicular to the substrate, giving rise to physical properties that could meet the specifications to constitute high density magnetic media. The manuscript is organized in four parts. First, a review of the literature describing the behavior of isolated magnetic nano-cylinders and dense arrays of nano-cylinders is presented. The magnetometry method used to characterize these arrays is called the FORC (First Order Reversal Curves) method. This measurement and analysis lead to the plot of FORC diagrams which contain the magnetic properties of nanowires and their interactions. The reading of these FORC diagrams being undirect, the chapter II is devoted to the description of the FORC method applied to assemblies of hysterons. Because of its reproducibility, the physico-chemical synthesis is a critical point of this study which is detailed in Chapter III. FORC magnetometry applied to two families of synthesized samples is described in Chapter IV. This investigation has required numerous micromagnetic simulations to support the assumptions made in the interpretation of FORC diagrams. This deep analysis reveals a first family in very good agreement with the theoretical models exposed in chapter I, and a second family for which the precise description requires the addition of a magnetizing interaction between nanowires in addition to the magnetostatic one.

Das Verhalten adhärenter Zellen hängt stark von den chemischen, topographischen und mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung ab. Experimentelle Untersuchungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass adhärente Zellen aktiv die elastischen Eigenschaften ihrer Umgebung erkunden, indem sie an dieser ziehen. Der resultierende Kraftaufbau hängt von den elastischen Eigenschaften der Umgebung ab und wird an den Adhäsionskontakten in entsprechende biochemische Signale umgewandelt, die zelluläre Programme wie Wachstum, Differenzierung, programmierten Zelltod und Zellbewegung mitbestimmen. Im Allgemeinen sind Kräfte wichtige Einflussgrößen in biologischen Systemen. Weitere Beispiele dafür sind Hör- und Tastsinn, Wundheilung sowie die rollende Adhäsion von weißen Blutkörperchen auf den Wänden der Blutgefäße. In der Habilitationsschrift von Ulrich Schwarz werden mehrere theoretische Projekte vorgestellt, die die Rolle von Kräften und Elastizität in der Zelladhäsion untersuchen.<br /> (1) Es wurde eine neue Methode entwickelt, um die Kräfte auszurechnen, die Zellen an den Kontaktpunkten auf mikro-strukturierte elastische Substrate ausüben. Das Hauptergebnis ist, dass Zell-Matrix-Kontakte als Mechanosensoren funktionieren, an denen interne Kräfte in Proteinaggregation umgewandelt werden.<br /> (2) Eine Ein-Schritt-Master-Gleichung, die die stochastische Dynamik von Adhäsionsclustern als Funktion von Clustergröße, Rückbindungsrate und Kraft beschreibt, wurde sowohl analytisch als auch numerisch gelöst. Zudem wurde dieses Modell auf Zell-Matrix-Kontakte, dynamische Kraftspektroskopie sowie die rollende Adhäsion angewandt.<br /> (3) Im Rahmen der linearen Elastizitätstheorie und mit Hilfe des Konzepts der Kraftdipole wurde ein Modell formuliert und gelöst, das die Positionierung und Orientierung von Zellen in weicher Umgebung vorhersagt. Diese Vorhersagen sind in guter Übereinstimmung mit zahlreichen experimentellen Beobachtungen für Fibroblasten auf elastischen Substraten und in Kollagen-Gelen. / The behaviour of an adhering cell is strongly influenced by the chemical, topographical and mechanical properties of the surface it attaches to. During recent years, it has been found experimentally that adhering cells actively sense the elastic properties of their environment by pulling on it through numerous sites of adhesion. The resulting build-up of force at sites of adhesion depends on the elastic properties of the environment and is converted into corresponding biochemical signals, which can trigger cellular programmes like growth, differentiation, apoptosis, and migration. In general, force is an important regulator of biological systems, for example in hearing and touch, in wound healing, and in rolling adhesion of leukocytes on vessel walls. In the habilitation thesis by Ulrich Schwarz, several theoretical projects are presented which address the role of forces and elasticity in cell adhesion.<br /> (1) A new method has been developed for calculating cellular forces exerted at sites of focal adhesion on micro-patterned elastic substrates. The main result is that cell-matrix contacts function as mechanosensors, converting internal force into protein aggregation.<br /> (2) A one-step master equation for the stochastic dynamics of adhesion clusters as a function of cluster size, rebinding rate and force has been solved both analytically and numerically. Moreover this model has been applied to the regulation of cell-matrix contacts, to dynamic force spectroscopy, and to rolling adhesion.<br /> (3) Using linear elasticity theory and the concept of force dipoles, a model has been introduced and solved which predicts the positioning and orientation of mechanically active cells in soft material, in good agreement with experimental observations for fibroblasts on elastic substrates and in collagen gels.