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

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[pt] A Microscopia Magnética de Varredura (MMV) surgiu com o objetivo de permitir a visualização de campos magnéticos de uma amostra ou material por meio de varredura, mostrando-se especialmente útil para geologia, biomedicina, caracterização de materiais e na indústria de aços. Nesse sentido, foi montada uma MMV utilizando uma estrutura de blindagem magnética de micro-metal para analisar campos remanescentes. A área sensível dos sensores foi avaliada, e foram escolhidos os sensores HQ-0811 (AKM - Asahi Kasei Microdevices), e STJ-010 (Micro Magnetics), sendo o HQ-0811 padronizado em PCBs (Printed Circuit Board) para facilitar o manuseio e aumentar a robustez do sistema. Na câmara blindada, foram utilizados dois motores de passo piezoelétricos ANC-150 (Attocube Systems), dispostos planarmente, para permitir o movimento das amostras analisadas sob o sensor montado. Para adquirir dados dos sensores, foram usados o Precision Current Source Model 6220 e o Nanovoltimeter Model 2182A (ambos Keithley), utilizando o sistema integrado da Keithley chamado Delta-Mode. Para analisar a eficácia do sistema, três amostras distintas foram analisadas para calibração, e um programa em MATLAB foi escrito para analisar as imagens e extrair a magnetização do material analisado. Além disso, uma amostra de rocha da Bacia do Parnaíba foi mapeada para demonstrar as capacidades do sistema. / [en] Magnetic Scanning Microscopy (MMV) was developed to visualize magnetic fields of a sample or material via scanning, making it particularly useful for geology, biomedicine, material characterization, and the steel industry. To this end, an MMV was assembled using a micro-metal magnetic shielding structure to analyze remanent fields. The sensors sensitive area was evaluated, and the HQ-0811 (AKM - Asahi Kasei Microdevices) and STJ-010 (Micro Magnetics) sensors were chosen, with the HQ-0811 standardized on PCBs (Printed Circuit Board) for easy handling and to enhance the system s robustness. Two piezoelectric step motors, ANC-150 (Attocube Systems), were placed in a planar arrangement in the shielded chamber to enable the analyzed samples movement under the mounted sensor. The Keithley Delta-Mode system was used in conjunction with the Precision Current Source Model 6220 and Nanovoltimeter Model 2182A (both Keithley) to acquire sensor data. Three distinct samples were analyzed for calibration, and a MATLAB program was created to extract the magnetization of the analyzed material from the images obtained. Additionally, the system s capabilities were demonstrated by mapping a rock sample from the Parnaíba Basin.

En nuestra búsqueda de transistores cada vez más pequeños, con un mayor rendimiento computacional, surgen muchas preguntas acerca de cómo cambian las propiedades de los materiales con el tamaño y cómo pueden modelarse estas propiedades con mayor precisión. Los nanocontactos metálicos, especialmente aquéllos para los cuales las propiedades magnéticas son importantes, son de gran interés debido a sus posibles aplicaciones espintrónicas. Sin embargo, aún quedan importantes retos que superar desde el punto de vista del modelado teórico y computacional, en particular con respecto al acoplamiento de los grados de libertad de espín y red en nanocontactos ferromagnéticos en tecnologías espintrónicas emergentes. En esta tesis, se ha desarrollado un método extendido, y se ha aplicado por primera vez, para modelar la interacción entre el magnetismo y la estructura atómica en nanocontactos de metales de transición. La evolución dinámica de los contactos del modelo simula los resultados experimentales utilizados en la microscopía de barrido de efecto túnel y en las rupturas controladas mecánicamente, y se ha realizado en este trabajo mediante la dinámica molecular clásica y, por primera vez, mediante la dinámica del espín-red. La estructura electrónica de los contactos del modelo se calcula a través de la teoría de densidad funcional de onda plana y de orbital atómico local, a un nivel de sofisticación relativista escalar y vectorial. Los efectos del acoplamiento escalar-relativista y/o de espín-órbita en una serie de propiedades emergentes exhibidas por los nanocontactos de metales de transición, en determinaciones experimentales de conductancia, se han elucidado mediante cálculos de transporte cuántico de la función de Green de no equilibrio. El impacto de los efectos relativistas durante la formación de contacto en oro no magnético se ha cuantificado, y se ha encontrado que los efectos relativistas escalares aumentan la fuerza de atracción entre los átomos de oro mucho más que entre los átomos que no tienen efectos relativistas significativos, como por ejemplo los átomos de plata. Se ha esclarecido el papel del magnetismo no colineal en el transporte electrónico de nanocontactos de níquel y hierro, y se ha encontrado que los valores de conductancia más probables En nuestra búsqueda de transistores cada vez más pequeños, con un mayor rendimiento computacional, surgen muchas preguntas acerca de cómo cambian las propiedades de los materiales con el tamaño y cómo pueden modelarse estas propiedades con mayor precisión. Los nanocontactos metálicos, especialmente aquéllos para los cuales las propiedades magnéticas son importantes, son de gran interés debido a sus posibles aplicaciones espintrónicas. Sin embargo, aún quedan importantes retos que superar desde el punto de vista del modelado teórico y computacional, en particular con respecto al acoplamiento de los grados de libertad de espín y red en nanocontactos ferromagnéticos en tecnologías espintrónicas emergentes. En esta tesis, se ha desarrollado un método extendido, y se ha aplicado por primera vez, para modelar la interacción entre el magnetismo y la estructura atómica en nanocontactos de metales de transición. La evolución dinámica de los contactos del modelo simula los resultados experimentales utilizados en la microscopía de barrido de efecto túnel y en las rupturas controladas mecánicamente, y se ha realizado en este trabajo mediante la dinámica molecular clásica y, por primera vez, mediante la dinámica del espín-red. La estructura electrónica de los contactos del modelo se calcula a través de la teoría de densidad funcional de onda plana y de orbital atómico local, a un nivel de sofisticación relativista escalar y vectorial. Los efectos del acoplamiento escalar-relativista y/o de espín-órbita en una serie de propiedades emergentes exhibidas por los nanocontactos de metales de transición, en determinaciones experimentales de conductancia, se han elucidado mediante cálculos de transporte cuántico de la función de Green de no equilibrio. El impacto de los efectos relativistas durante la formación de contacto en oro no magnético se ha cuantificado, y se ha encontrado que los efectos relativistas escalares aumentan la fuerza de atracción entre los átomos de oro mucho más que entre los átomos que no tienen efectos relativistas significativos, como por ejemplo los átomos de plata. Se ha esclarecido el papel del magnetismo no colineal en el transporte electrónico de nanocontactos de níquel y hierro, y se ha encontrado que los valores de conductancia más probables publicados para estos metales, en el primer y último contacto, están determinados por factores geométricos, tales como son el grado de enlace covalente en el hierro y la preferencia de una cierta orientación cristalográfica en el níquel.