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.

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.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7979_1.pdf: 1162128 bytes, checksum: e48cdf9eab0eaa4de2840f161367280d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Nesta dissertação investigamos propriedades dinâmicas de válvulas de spin e mecanismos de relaxação em filmes de Permalloy. Foi utilizada a técnica de ressonância ferromagnética operando na banda X de microondas, à temperatura ambiente. As estruturas de válvulas de spin foram depositadas por sputtering dc e possuem composição do tipo Si(001)/NiO(900Å)/Py(100Å)/Cu(tcu)/Py(100Å)/Cu(45Å). Analisamos as propriedades de ressonância ferromagnética para quatro amostras com diferentes espessuras da camada espaçadora de Cobre. Mostramos que existe uma competição entre o acoplamento indireto entre as camadas de Py, mediado pela camada de Cobre, com o acoplamento direto entre a camada presa de Py e a camada de NiO. Os resultados experimentais obtidos para estas estruturas foram interpretados através de um modelo fenomenológico que leva em conta a energia livre magnética do sistema. Com o objetivo de estudar os processos de relaxação em filmes de ferromagnéticos, foram preparadas amostras de Permalloy com camadas adjacentes de materiais diversos. Verificamos que a dependência da largura de linha de FMR apresenta comportamentos que dependem do material adjacente. Filmes de Permalloy depositados diretamente sobre substratos de Si apresentam uma dependência com a espessura do Py do tipo 1/t2. Filmes de Py sanduichados por camadas de Paládio apresentam uma dependência do tipo 1/t. Concluímos que diferentes mecanismos de relaxação atuam nas amostras. Fizemos uma conexão dos nossos resultados com as teorias fenomenológicas existentes

Orientadores: Roberto Luzzi, Áurea Rosas Vasconcellos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-10-31T13:25:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vannucchi_FabioStucchi_D.pdf: 4583166 bytes, checksum: 8617f375a632ae1e33b0c986862ea535 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma teoria sobre a termodinâmica de não-equilíbrio de mágnons excitados por fonte externa e em contato com um banho térmico. A teoria é aplicada ao recém observado acúmulo de mágnons nos estados de mínima freqüência em experimentos com filmes finos magnetizados de granada de ferro-ítrio afastados do equilíbrio via fonte de radiação de microondas. Seguindo um formalismo de ensembles estatísticos de não-equilíbrio, a partir do hamiltoniano do sistema magnético são obtidas as equações de evolução para as variáveis termodinâ­micas. Entre estas equações, as que descrevem a evolução das populações médias de mágnons são estudadas em detalhe e atenção especial é dada às contribuições não- lineares. Mostra-se que, por um lado, o termo não-linear proveniente da interação do sistema magnético com a rede cristalina transfere energia das populações dos modos de alta freqüência para os de baixa, gerando um acúmulo nos modos de mínima fre­qüência - o Efeito Fröhlich. Por outro lado, a interação mágnon-mágnon origina uma contribuição à evolução das populações que tende a termalizar o sistema em termos de uma temperatura de não-equilíbrio. É ainda utilizada uma ¿modelagem de dois flui­dos¿, em que as equações cinéticas das populações de mágnons associadas a todos os modos são contraídas em apenas duas, que representa os modos de mínima freqüência e aqueles alimentados. Esta modelagem permite estudar quantitativamente a evolução temporal do sistema via integração numérica. Constata-se que, para um determinado intervalo de taxas de alimentação, forma-se o condensado devido ao Efeito Fröhlich. Para valores mais altos da potência da fonte de alimentação, a contribuição devido à interação entre mágnons torna-se dominante e a formação do condensado é inibida. Por fim, os diversos processos de relaxação do condensado para o equilíbrio são investigados em função do valor da fonte externa do sistema / Abstract: The purpose of this work is to develop a nonequilibrium thermodynamic theory on rnagnons excited by an external pumping source embedded in a thermal bath. This the­ory is applied to the recently observed experiments with magnetic thin films of yttrium iron garnet driven out of equilibrium through microwave radiation pumping. Resorting to a Non-Equilibrium Statistical Ensemble Formalism, the evolution equations for the magnon populations are obtained and studied. The nonlinear contribution arising out of the spin-lattice interaction transfers the energy in excess of equilibrium from the pumped frequency modes to the lower frequency ones, and, in a cascade down process, occurs a large grow in the magnon populations of the lowest in frequency modes - a phenomenon we call Frohlich Effect. In opposition to this contribution, there is anot her one, generated by the magnon-magnon interaction, that tends to lead the system to a state of internal nonequilibrium thermalization. We introduce a modeling consisting in a kind of ¿two-fluid model", in which the kinetic equations for the magnon populations are contracted in only two, representing the modes lowest in frequency and the ones that are pumped by the external source. A quantitative study is performed through numerical integration of the two related evolution equations. The emergence of the condensate, due to the Frohlich Effect, is evidenced for a range of source power. For higher feeding taxes, the contribution originated by the magnon-magnon interaction becomes dominant and the emergence of the condensate is inhibited. Finally, the sev­eral relaxation processes in the condensate leading to equilibrium are analyzed in terms of the source power / Doutorado / Física Estatistica e Termodinamica / Doutor em Ciências

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-04-14T16:39:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_final_biblioteca.pdf: 10701235 bytes, checksum: 1af9d6bb745e78ea9fe6b261b7baa59c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-14T16:39:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese_final_biblioteca.pdf: 10701235 bytes, checksum: 1af9d6bb745e78ea9fe6b261b7baa59c (MD5) Previous issue date: 2015-05-08 / Nesta tese tratamos teoricamente algumas propriedades magnéticas e excita c~oes de spins em materiais ferromagn eticos e antiferromagn eticos com o objetivo de interpretar as medidas e observa c~oes experimentais. Usamos a formula c~ao de ondas de spins de Holstein-Primako para investigar propriedades da din^amica de propaga c~ao de ondas de spins no material ferrimagn etico YIG e tamb em no sistema antiferromagn etico FeF2. Para cada um deles, desenvolvemos modelos te oricos que permitiram ajustar as rela c~oes de dispers~ao de ondas de spins medidas experimentalmente nesses. Al em disso, investigamos a renormaliza c~ao da energia de m agnons usando o formalismo das fun c~oes de Green de dois tempos dependentes da temperatura de Bogoliubov-Tyablikov. A aplica c~ao para o YIG, permitiu calcular as varia c~oes da rela c~ao de dispers~ao para m agnons com a temperatura. Tamb em se investigou a renormaliza c~ao da energia de m agnons no sistema FeF2, mas esta vez considerando uma aproxima c~ao do tipo RPA1. Na renormaliza c~ao da energia foram consideradas duas contribui c~oes: exchange isotr opica tipo Heisenberg e anisotropia uniaxial. Em nossas considera c~oes, foi inclu da a depend^encia com a temperatura da anisotropia uniaxial que permitiu estimar o campo critico de transi c~ao de spin- op para o limite de estabilidade da fase antiferromagn etica. Tamb em, foi feito um estudo te orico e experimental da anisotropia magneto cristalina do material antiferromagn etico RbMnF3, baseado nas intera c~oes de campo cristalino e intera c~ao de spin- orbita, com o objetivo de calcular a varia c~ao com a temperatura do campo de spin- op. As ondas de spins em YIG foram estudadas em mais detalhes calculando as taxas de relaxa c~ao por processos de espalhamento de 3-m agnons e 4-m agnons. Igualmente foram estimadas empregando campos magn eticos intensos da ordem de 102 kOe. Finalmente, estudamos propriedades t ermicas de transporte de m agnons em YIG submetido a campos magn eticos intensos. Calculamos o calor 1Random Phase Approximation especi co de m agnons e a condutividade t ermica em baixas temperaturas e campos magn eticos externos intensos para serem comparados com as medidas experimentais encontrando um bom acordo entre teoria e experimento [145] / In this thesis we theoretically treat some magnetic properties and excitations of spins in ferromagnetic and antiferromagnetic materials in order to interpret measurements and experimental observations. We use the formulation of quantization of spin waves of Holstein-Primako to investigate properties of the spin wave propagation dynamics in the ferrimagnetic material YIG and also in the antiferromagnetic system FeF2. For each of them, we have developed theoretical models to adjust the dispersion relations of spin waves measured experimentally in these systems. In addition, we investigated the magnon energy renormalization using the formalism of two-time temperature dependent Green's functions of Bogoliubov-Tyablikov. The application for the YIG allowed calculate the variation of the dispersion relation for magnons with temperature. We also investigate the magnon energy renormalization in the system FeF2, but this time considering an approximation of the RPA type. In the energy renormalization were considered two contributions: exchange isotropic Heisenberg and uniaxial anisotropy type. In our calculations the temperature dependence of the uniaxial anisotropy eld allows estimating the critical spin- op transition for the antiferromagnetic phase stability limit. Also, we have undertaken a theoretical and experimental study of the magneto crystalline anisotropy of the antiferromagnetic material RbMnF3, based on the crystal eld interactions and spin-orbit interaction, in order to calculate the variation with temperature of the eld spin- op. The spin waves in YIG were studied in more detail calculating the relaxation rate due to 3-magnons and 4-magnons scattering processes considering strong magnetic elds of hundreds of kOe. Finally, we have studied thermal transport properties of magnons in YIG subject to intense magnetic elds. We have, calculate of the speci c heat and thermal conductivity of magnons at low temperatures and high elds to compare with the experimental measurements nding a good agreement between theory and experiment [145].