Junções túnel com eletrodos ferromagnéticos (Py/AlOx/Co) foram produzidas usando a técnica de desbastamento iônico e depositadas sobre condições de oxidação que garantem baixa altura da barreira de potencial, baixa assimetria da barreira, forte dependência da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada e o tunelamento quântico como mecanismo de transporte eletrônico. As amostras foram produzidas com o objetivo de corroborar um modelo recentemente publicado e que prevê inversão da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada devido à baixa altura do potencial da barreira. As medidas de magneto-transporte eletrônico (resistência de tunelamento em função do campo magnético aplicado) mostram uma inversão da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada para temperatura constante de 77 K. O sistema (Py/AlOx/Co) é bem conhecido por apresentar magnetorresistência positiva onde a altura da barreira de potencial é geralmente igual ou maior a 2,0 eV (Moodera et al. 1995 e Boeve et al. 2000). Esta inversão não foi anteriormente reportada e se deve preferencialmente à baixa altura do potencial da barreira e à forte dependência com a tensão aplicada. A explicação física para a inversão é baseada no fator de coerência quântica, D(Ex , V), como previsto por Li et al. (2004a,b) e Ren et al. (2005) para a região de tensão intermediária. Ajustes às curvas I-V, medidas a temperatura ambiente, com os modelos de Simmons (1963b,c), Simmons (1964) e Chow (1965) mostram valores menores que os reportados anteriormente para a altura do potencial da barreira (≈ 1,0 eV) e barreiras com baixa assimetria (≈ 0,2 eV). Também, as curvas I-V para temperatura ambiente e baixa temperatura, as curvas I-T para tensão constante e o crescimento exponencial da resistência de tunelamento em função da espessura efetiva da barreira mostram que o tunelamento quântico é um mecanismo de transporte eletrônico. Este resultado sugere a possibilidade de constatar o aparecimento de áreas efetivas de tunelamento e indicando a presença de uma distribuição não uniforme da corrente de tunelamento. O efeito combinado da baixa altura da barreira de potencial, da baixa assimetria da barreira, da forte dependência da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada e do tunelamento quântico como mecanismo de transporte eletrônico possibilitaram não somente a inversão da magnetorresistência túnel com a tensão aplicada, mas também o crescimento exponencial da resistência de tunelamento em função da espessura efetiva da barreira. / Tunneling junctions with ferromagnetic electrodes (Py/AlOx/Co) were produced by magnetron sputtering technique and deposited under oxidation conditions that lead to low potential barrier height, low asymmetrical barrier, strong tunneling magnetoresistance dependence with applied bias and quantum tunneling as the charge transport mechanism. The samples were deposited to verify a recently published model which predicts tunneling magnetoresistance inversion with applied bias due to low enough potential barrier height. Electronic transport measurements (tunneling resistance as a function of the applied magnetic field) show inverse (negative) tunneling magnetoresistance with applied bias at 77 K. Tunneling junctions of (Py/AlOx/Co) are well known positive magnetoresistance system where the potential barrier height is usually equal or higher than 2.0 eV (Moodera et al., 1995 e Boeve et al., 2000). This inverted tunneling magnetoresistance behavior has not been reported before and is due mainly to the low potential barrier height and the strong bias dependence The physical explanation for the inversion is based on the quantum coherence factor, D(Ex , V), following the Li et al. (2004ab) and Ren et al. (2005) model for intermediate voltage range. Room temperature I-V curves fitted with both Simmons’ (1963b,c), Simmons’ (1964) and Chow’s (1965) models showed potential barrier height values (≈ 1.0 eV), lower than those previously reported, and low asymmetry of the barrier (≈ 0.2 eV). Also, I-V curves for room and low temperature, I-T curves for constant applied bias and the exponential growth of the tunneling resistance as a function of the effective barrier thickness showed quantum tunneling as the charge transport mechanism. This result suggests the presence of effective tunneling areas or hot spots, leading to a non-uniform current distribution. The combined effect of low potential barrier height, low barrier asymmetry, strong tunneling magnetoresistance dependence with applied bias and quantum tunneling as the charge transport mechanism allowed not only the tunneling magnetoresistance inversion with applied bias but also, the exponential growth of the tunneling resistance as a function of the effective barrier thickness.

A ideia de transferência de spin, como forma de controle da magnetização, foi introduzida independentemente por Slonczewski e por Berger em 1996. Desde então, esse efeito tem sido alvo de inúmeras pesquisas, em especial pela possibilidade de aplicações em memorias magnéticas não voláteis e em osciladores de alta frequência. Devido _a complexidade do problema, a grande maioria das pesquisas teóricas sobre o assunto _e baseada em resultados numéricos. Porém, esses métodos podem dificultar a visualização das influências individuais dos diferentes termos envolvidos. Para isso, seria melhor a utilização de métodos analíticos, o que nos motiva a buscar por esses resultados. Nesse trabalho, apresentamos uma revisão sobre a teoria básica do efeito de transferência de spin e da dinâmica da magnetização. São revistas as principais equações que descrevem o comportamento da magnetização, as equações de Landau-Lifshitz e de Landau-Lifshitz-Gilbert, e comparadas suas componentes quando da inclusão do termo de transferência, analisando a melhor forma de incluir esse termo. É destacada a contribuição dada pelo termo de transferência na frequência de precessão da magnetização, que aparece ao se utilizar a equação de Landau-Lifshitz-Gilbert. Após essa revisão dos conceitos base, são buscadas soluções analíticas para a dinâmica da magnetização da camada livre de um sistema nanopilar em tricamada. Quatro casos são analisados: primeiro um sistema sem anisotropias e sem a inclusão do campo de Oersted, no segundo caso é incluído um termo de anisotropia e no terceiro novamente um sistema sem anisotropias, mas com a inclusão do campo de Oersted. Todas essas análises são feitas em uma aproximação de macrospin. Por último, uma aproximação de microspin com campo de Oersted. Nos três primeiros casos, é possível obter resultados analíticos e simular os resultados. São estimados o tempo de reversão e a frequência de precessão estável. / The idea of spin transfer as a way to control magnetization was introduced independently by Slonczewski and Berger in 1996. Since then, this e ect has been the subject of numerous studies, especially for potential applications in nonvolatile magnetic memories and high-frequency oscillators. Due to the complexity of the problem, the vast majority of theoretical research on this subject is based on numerical results. However, these methods might not display the in uences of individual terms involved. For this, it would be better to use analytical methods, which motivates us to search for these results. In this paper, we review the basic theory of spin transfer e ect and of magnetization dynamics. We review the main equations that describe the behavior of magnetization, the Landau-Lifshitz and Landau-Lifshitz-Gilbert equations, and compare its components when inserting the spin torque term, analyzing the best way to include this term. The contribution of spin transfer on magnetization precession frequency, which appears when using the Landau-Lifshitz- Gilbert equation, is emphasized. After this review of basic concepts, analytical solutions for magnetization dynamics of the free layer in a tri-layer nanopillar are searched. Four cases are analyzed: rst a system without anisotropy and without the inclusion of the Oersted eld, in the second case an anisotropy term is considered and in the third case, again a system without anisotropy, but with the inclusion of Oersted eld. All these analisys are done in a macrospin approximation. Finally, a microspin approach including Oersted eld. In the rst three cases, it is possible to obtain analytical results and simulate these results. Reversal time and stable precession frequency values are estimated.

Neste trabalho serão apresentados resultados recentes de estudos de magnetorresistência gigante (GMR), na configuração corrente perpendicular ao plano, e de transferência de spin (TS) em multicamadas magnéticas. Para tal foram desenvolvidos sistemas de análise magnetorresistiva, assim como a preparação de amostras. O ponto fundamental para este tipo de estudo está, basicamente, na construção de sistemas que apresentam alta densidade de corrente e com estabilidade. Com o objetivo de contornar estas dificuldades, o problema foi abordado em duas frentes de estudo: i) nanocontatos e nanopilares, e ii) nanoponteiras. Os nanocontatos e as nanopilares são estruturas que apresentam características similares às multicamadas convencionais, mas que apresentam dimensões laterais de ordem nanométrica. Elas podem ser fabricadas por nanolitografia, tornando a confecção das amostras bastante delicada e complexa. Nesta etapa do trabalho dois tipos de materiais foram utilizados como camada para a gravura: PMMA e alumina. No primeiro caso, PMMA, técnicas de litografia por microscopia de força atômica (AFM) e feixe de elétrons foram utilizadas. No caso da alumina utilizou-se litografia por feixe de íons focalizados (FIB). Nos estudos via nanoponteiras destacam-se duas características importantes: a construção das nanoestruturas e a estabilidade do sistema de medidas. Para a fabricação foram utilizados fio de tungstênio, os quais foram preparados por eletrocorrosão. Durante o desenvolvimento das ponteiras foram feitas algumas modificações que resultaram numa otimização da estrutura final. As principais foram: uso de um campo magnético estático durante a corrosão, gerando um melhora significativa da qualidade das ponteiras e o recobrimento da região nanoscópica por uma camada de material magnético. O aparato de medida também sofreu várias transformações durante o desenvolvimento da tese. Um conjunto de melhorias na estabilidade e na aproximação das nanoponteiras acarretaram em melhoras na qualidade e na reprodutibilidade das medidas. Os principais resultados apresentados nesta tese são: i) desenvolvimento de técnicas de fabricação de sistemas nanométricos para análise dos efeitos de magnetorresistência gigante e de transferência de spin; ii) o uso de PMMA e alumina para a gravação nanolitografada; iii) condições ótimas para a obtenção de nanoponteiras; e iv) observação da função de camada polarizadora de spin, quando a nanoponteira é recoberta por material magnético. / In this work, spin transference and current perpendicular to the plane giant magnetoresistance (GMR) studies are presented. Specific measurement system and samples were also prepared. The crucial point concern these type of measurements is the design of devices that allow stable and high current densities. In this way, two approaches were considered: i) nanocontact and nanopillar systems and; ii) nanotip systems. Nanocontacts and nanopillars are structures defined by nanometric lateral dimensions. It can be fabricated through nanolithography techniques which are intrinsically complex. In the current work, two different materials were used as lithography mask: PMMA and alumina. For the first one, PMMA, atomic force microscopy (AFM) and e-beam lithography techniques were performed. For alumina, focus ion beam (FIB) lithography was used. In the nanotips experiments, two important issues were overcome: the fabrication of the nanostructures and the measurement system stability. For the nanotip fabrication, tungsten wires were subjected to electrocorrosion. Some process improvements were developed such as the use of static magnetic field during the corrosion, which leads to better tip quality. Also, processes involving tip coating by magnetic layers were developed. The measurement apparatus was also improved during the current research. The stability of the system and the tip approach to the surface are some crucial points which were improved leading to better measurement quality and reproducibility. The principal results of this thesis can be summarized as: i) development of nanometric structures to spin transference and giant magnetoresistance experiments; ii) the use of PMMA and alumina layers in the fabrication of nanocontacs and nanopillars; iii) the improvement of nanotip fabrication; iv) the observation of exchange in the spin polarizer layer when using magnetic coated nanotips.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades de magneto-transporte dependentes da orientação de spin de dois sistemas ferromagnéticos clássicos com anisotropias distintas: (i) o composto Heusler de momentos magnéticos localizados Pd2MnSn e (ii) ligas de Co-Fe x at% (x = 2, 4 e 6), que são ferromagnetos de bandas. O composto Heusler tem anisotropia magnética muito pequena, ao passo que nas ligas de cobalto a anisotropia é pronunciada em razão da presença de elétrons da camada-3d incompleta no nível de Fermi. Em ambos os sistemas foram realizadas medidas de resistividade elétrica, magnetorresistência e efeito Hall em diversas temperaturas entre 2K e 300K, com aplicação de campos entre 0 e 9 Tesla. Medidas de magnetização foram realizadas em apoio às experiencias de magneto-transporte. As experiências de magneto-transporte evidenciaram efeitos de correntes eletrônicas polarizadas em spin. Em particular, o termo resistivo de mistura de spin proposto por Campbell e Fert [1], que é responsável pela transferência de momentum entre as sub-bandas dependentes de spin, é importante para descrever os comportamentos da resistividade elétrica e da magnetorresistência dos sistemas estudados no limite de baixas temperaturas. Por outro lado, o processo de espalhamento por desordem de spin é dominante nas regiões de temperaturas intermediárias e altas. A medida de resistividade de Hall no Pd2MnSn em função da temperatura apresenta um mínimo em torno de T = 50 K. A análise do contribuição anômala ao efeito de Hall neste sistema é consistente com as previsões teóricas referentes aos efeitos da fase de Berry no espaço recíproco. A anisotropia espontânea da resistividade foi detalhadamente estudada no caso das ligas de Co-Fe e a forte polarização de spin relacionada ao espalhamento pelas impurezas de Fe foi evidenciado. Nestas ligas, o efeito Hall é dominado por efeitos de espalhamento assimétrico (skew scattering) produzido pelas impurezas de Fe. / This work presents an experimental study of the spin-dependent magnetotransport properties in two classical ferromagnetic systems with distinct anisotropies: (i) the Heusler compound Pd2MnSn, where the magnetic moments are localized, and (ii) the Co-Fe (Fe = 2, 4 and 6 at %) alloys, that are band ferromagnets. The Heusler compound has a small magnetic anisotropy, while in the cobalt alloys the anisotropy is pronounced because of the presence of 3d electrons in the Fermi level. In both systems the electrical resistivity, magnetoresistance and Hall Effect were measured in the temperature interval between 2K and 300K under applied magnetic fields ranging between 0 and 9 Tesla. Magnetization measurements were made as a complement to the magnetotransport experiments. The magnetotransport measurements evidenced effects of spin polarized electronic currents. In particular, the spin mixing resistive term proposed by Campbell and Fert [1], to describe the momentum transfer between the spin dependent subbands plays an important role in the low temperature electrical resistivity and magnetoresistance of both systems. On the other hand, the scattering process due to spin disorder is dominant in the regions of intermediate and high temperatures. In Pd2MnSn the Hall resistivity shows a minimum around T = 50 K when plotted as a function of temperature. The analysis of the anomalous contribution to the Hall effect in this system is consistent with the theoretical predictions regarding the effects of the Berry phase in the reciprocal space. The spontaneous resistivity anisotropy was studied in detail in the case of the Co-Fe alloys. A strong spin polarization related to the electron scattering by impurities was found. In these alloys, the Hall effect is dominated by skew scattering due to Fe impurities.

As propriedades magnéticas e de magneto-transporte de filmes finos de diamante dopado com boro e de amostras massivas de grafite pirolítico altamente orientado (HOPG) implantado com sódio foram estudadas experimentalmente em função da temperatura, do campo magnético aplicado e da concentração de impurezas. Os filmes de diamante foram produzidos com a técnica de deposição química a partir da fase vapor (CVD). Os filmes foram crescidos sobre substrato de ZrO2 e são auto-sustentáveis. Fonte sólida de boro foi usada para o processo de dopagem. A introdução de boro produz uma banda de impurezas que domina o transporte elétrico nestes materiais. O mecanismo de condução eletrônica é do tipo salto de alcance variável na presença de um gap de Coulomb. Para uma certa concentração de boro, uma transição metal/isolante induzida pela temperatura foi observada. Nesta amostra, medidas de coeficiente Hall indicam que a concentração é devida a portadores de tipo elétron e de tipo lacuna. A concentração de Na nas amostras de grafite HOPG alcançou 1 e 2 at % na região implantada. Medidas magnéticas nas amostras HOPG mostram a presença de uma fraca contribuição ferromagnética, que se manifesta na configuração de campo magnético aplicado paralelamente aos planos de grafeno. A magnetização de saturação correspondente a essa resposta é significativamente maior nas amostras implantadas que no sistema puro. Oscilações de Schubnikov-de Haas são observadas nas medidas de magnetoresistência efetuadas neste sistema. A partir da dependência em temperatura do fator de Lifchitz-Kosevich foram obtidas as massas efetivas dos portadores de carga relevantes, as quais não dependem da quantidade de impurezas de Na presentes nas amostras. / Magnetic and magneto-transport properties of boron doped-diamond thin films and bulk samples of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) were studied as functions of temperature, applied magnetic field and impurity content. Self-sustained diamond films were prepared by chemical vapor deposition (CVD). Doping was obtained from a solid boron source. Eletrical transport in these films is dominated by a variable range hopping process in the presence of a Coulomb gap. For a givem boron concentration, a temperature induced metal-isulator transition was observed. Measurements of the Hall coefficient in this sample revealed that electron-like and hole-like carriers are present. The Na concentrations in the implanted-HOPG samples attain 1 and 2 at % in the implanted region. Magnetic measurements in the HOPG samples revealed the occurrence of a weak ferromagnetic response when the field is applied parallel to the graphene sheets. The saturation magnetization of the implanted samples is significantly larger than that of the undoped HOPG system. Schubnikov-de Haas oscilations are observed in magneto-resistance measurements. From the temperature dependence of the Lifchitz- Kosevich factor, the effective masses of the relevant carries in HOPG are determined. These masses do not depend on the presence of the Na impurities.

Neste trabalho são apresentados resultados que concernem ao estudo da magnetorresistência gigante (GMR) em amostras de multicamadas de Co/Cu com larguras de ordem micrométricas. Para isto, filmes com largura macroscópica foram depositados por sputtering e empregou-se técnica de litografia ótica, associada à corrosão úmida, para se proceder com o processo de conformação da estrutura. Foram mantidos constantes o comprimento e a espessura da amostra enquanto que a largura foi variada dentro de uma faixa de 2 a 30 m. Com o objetivo de identificar a ocorrência de possíveis modificações estruturais devidas ao aquecimento da amostra durante o processo de litografia, uma análise prévia da estabilidade térmica da estrutura se fez necessária. Para isso um sistema de tratamento térmico com monitoramento in situ de sua resistência elétrica foi operacionalizado. Foi constatado que é improvável que as temperaturas empregadas durante a conformação da amostra promovam alguma modificação perceptível na amostra. Pudemos observar efeitos sobre a curva de magnetorresistência (MR) decorrente do valor da largura da amostra e isso foi associado a possíveis mudanças no processo de magnetização. Para tanto, relacionamos as medidas MR e de efeito Hall planar (PHE), estabelecendo que, com a diminuição da largura (w), houve uma maior tendência de que as magnetizações das camadas vizinhas realizassem um tipo de “movimento de tesoura” durante suas rotações, o que progressivamente leva a um perfil mais simétrico (em torno do campo coercivo) da curva de magnetorresistência. Interpretamos que isso se deve a uma melhor correlação entre as camadas (ou mesmo domínios) vizinhas, impelidos pela aproximação de um estado de monodomínio induzido pela diminuição de w. Além disso, uma contribuição adicional ao acoplamento antiferromagnético pré-existente pode ter se originado a partir da interação magnetostática entre as bordas de camadas adjacentes. / This thesis presents results that concern the study of giant magnetoresistance (GMR) in Co / Cu multilayers bearing widths (w) of micrometer dimensions. For this, macroscopic width films were deposited by sputtering, and optical lithography associated with wet etching were employed to proceed with the changes to the structures. We kept constant both length and thickness of the sample, while the width was varied in the range 2 to 30 micrometers. In order to identify possible spurious effects from sample heating during the lithography process, a preliminary analysis of the thermal stability of the structure was performed. For this purpose, a heat treatment system with in situ monitoring of the sample’s electrical resistance was used. We found that it is unlikely that the temperatures employed during the lithographic process produce any noticeable change in the samples. We have observed effects on the magnetoresistance curve (MR) due to the sample width value, and this was associated with possible changes in the magnetization process. To do so, we used both the MR and Planar Hall effect (PHE) measurements, establishing that, with decreasing w, there was a greater tendency that the magnetization of neighboring layers perform a kind of “scissors movement” during their rotations, which gradually leads to a symmetric plot (around the coercive field) of the magnetoresistance. We interpret that this is due to a better correlation between the adjacent layers (or even domains), prompted by the approach of a monodomain state induced by the decrease in w. Furthermore, an additional contribution to the pre-existing antiferromagnetic coupling may have originated from the magnetostatic interaction between the edges of adjacent layers.

O presente estudo apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades de magnetotransporte nos compostos Ba(Fe1−xMnx)2As2 com x = 0, 2,57, 5,16, 9,27 e 14,7 at % de Mn. Este sistemas apresentam ordem antiferromagnética do tipo onda de densidade de spin (Spin Density Wave - SDW). Em baixas concentrações de Mn, a transição magnética é acompanhada de uma transição estrutural do estado tetragonal e paramagnético de alta temperatura para um estado ortorrômbico e magneticamente ordenado de baixas temperaturas. Os resultados de magnetorresistência mostram efeitos de condução por duas bandas (elétrons e lacunas). Observa-se também efeitos do mecanismo de supressão da desordem de spin induzida pelo campo magnético aplicado. As medidas de resistividade Hall mostram que a contribuição Hall anômala está presente e domina em todo o regime magneticamente ordenado. O mecanismo de espalhamento por impurezas magnéticas, skew-scattering, é o principal responsável pela contribuição anômala ao efeito Hall. Outro objeto de estudo desta Tese é a família de compostos RCo12B6 (R = Y, Gd e Ho). O ordenamento magnético observado nestes compostos depende do átomo de terra rara presente. No composto YCo12B6 ocorre uma ordem do tipo ferromagnética (TC ≈ 148 K). Entretanto, os compostos GdCo12B6 e HoCo12B6 apresentam um estado do tipo ferrimagnético (TC ≈ 160 K e 144 K, respectivamente), com uma temperatura de compensação em torno de 50 K. Resultados de magnetização, calor específico, efeito magnetocalórico, resistividade, magnetorresistência e efeito Hall são apresentados e discutidos. Os resultados de resistividade e magnetorresistência indicam que a condução elétrica é polarizada em spin. A magnetorresistência é fortemente positiva em baixas temperaturas e revela efeitos de mistura das correntes dependentes de spin. A magnetorresistência é fortemente positiva em baixas temperaturas e revela efeitos de mistura das correntes dependentes de spin. Nas medidas de efeito Hall evidenciou-se a presença de bandas de elétrons e lacunas. O mecanismo de skew-scattering é a contribuição mais importante ao termo anômalo da resistividade Hall destes sistemas. Contudo, uma segunda contribuição ao efeito Hall anômalo deve ser considerada. Essa contribuição é relacionada ao efeito de quiralidade originada por canting na sub-rede de Co. Indícios da presença de frustração também são percebidos nos resultados de magnetização, magnetorresistência, efeito magnetocalórico e impedância elétrica. Neste último, também se observa o efeito Hopking nas vizinhanças da temperatura de ordem magnética. / This work presents an experimental investigation on the magnetotransport properties of the compounds Ba(Fe1−xMnx)2As2, with x = 0, 2,57, 5,16, 9,27 e 14,7 at % Mn. These compounds exhibit Spin DensityWave (SDW) antiferromagnetic ordering. In low Mn concentration, a structural transition from a high-temperature paramagnetic and tetragonal phase to a low-temperature antiferromagnetic and orthorhombic phase is observed. The magnetoresistance results show contributions from the conduction by two bands (electrons and holes) and from the suppression of spin disorder induced by the applied magnetic field. Hall resistivity measurements shows that the anomalous contribution is dominant in the magnetically ordered phase. The asymmetric scattering mechanism by magnetic impurities, known as skew scattering, is responsible for the anomalous contribution to the Hall effect in the Ba(Fe1−xMnx)2As2 system. Magnetotransport studies, as well as magnetization, specific heat and magnetocaloric effect experiments were performed in the compounds RCo12B6 (R = Y, Gd and Ho). The magnetic ordering observed in these systems depends on the rare-earth atom. In the compound YCo12B6, a ferromagnetic type ordering is observed (TC ≈ 148 K). The compounds GdCo12B6 and HoCo12B6 show a magnetic order of ferrimagnetic type (TC ≈ 160 K e 144 K, respectively), with a compensation temperature around 50 K. The resistivity and magnetoresistance results indicate that the current is spin polarized. Hall resistivity measurements are consistent with two-band conduction (electrons and holes). The skew scattering mechanism is the most relevant contribution to the anomalous Hall resistivity in these compounds. However, a second anomalous contribution to the anomalous Hall effect must be considered. This term is due to canting of the Co moments that originates a chiral mechanism. Evidences of frustration are also present in the results of magnetization, magnetoresistance, magnetocaloric effect and electrical impedance. In the last, one also observes the occurrence of the Hopkinson effect around TC.

Esta Tese consiste num estudo experimental de propriedades de transporte elétrico em amostras do sistema BaFe2−xTMxAs2 (Ba122), onde TM representa um metal de transição. Os elementos que foram utilizados como substituintes foram TM = Mn, Co, Cu e Ni. Estes compostos, genericamente denominados de ferro-pnictídeos, apresentam estado fundamental com ordenamento antiferromagnético do tipo onda de densidade de spin, ou supercondutor, ou ainda um estado de coexistência entre estes dois. Neste trabalho, as propriedades de maior interesse são a resistividade elétrica, a magnetorresistência e o efeito Hall. Aqui, essas propriedades são cuidadosamente estudadas com o objetivo de contribuir para o entendimento dos principais mecanismos de espalhamento eletrônico, na presença de campo magnético externo, nos compostos da família Ba122. Para isso, medidas sistemáticas das componentes longitudinal e transversal da resistividade elétrica em função da temperatura e do campo magnético foram realizadas em todas as amostras. A influência das substituições químicas e a desordem estrutural no transporte de carga também é investigada. Na análise dos resultados, ênfase é dada aos efeitos relacionados ao ordenamento magnético. A interpretação dos resultados experimentais obtidos toma por base efeitos de condução por duas bandas eletrônicas, uma do tipo elétron e outra do tipo lacuna, e contribuições devidas ao espalhamento dos portadores de carga por excitações de origem magnética. Mostra-se que tais termos são importantes para o entendimento do comportamento da magnetorresistência e do coeficiente de Hall com a temperatura e com o campo magnético na fase magneticamente ordenada dos sistemas estudados. / This Thesis reports on electric transport measurements in several single-crystal samples of the BaFe2−xTMxAs2 (Ba122) system, where TM is a transition metal. The elements used in substitution to the Fe atoms are TM = Mn, Co, Cu and Ni. When TM = Co or Ni, samples with different concentrations of the substituting element are investigated. Electrical resistivity, magnetoresistance and Hall effect experiments were carried out between 2 and 300 K, under magnetic field varying between 0 and 9 T. These properties are studied to shed light on the electronic scattering mechanisms relevant to these compounds. We are also interested in the role of the chemical substitutions and the effects of structural disorder in these properties. One important result of this Thesis is that the magnetoresistance is very small in the paramagnetic phase of the studied materiais, whereas its magnitude increases substantially in the magnetically ordered phase. Consistently, the Hall coefficient is also small in the paramagnetic state, and its magnitude becomes appreciable and strongly temperature dependent in the magnetically ordered phase. We observe that, for the same values of field and temperature, the magnetoresistance is higher in samples with higher magnetic transition temperatures. On the other hand, samples where a large fraction of the Fe atoms were substituted show a smaller magnetoresistance. This result is independent of the valence of the substituting atom and can also be observed in pure samples which show some structural disorder in the conducting layers. Results for a sample where 75 % of the Fe atoms are substituted by Cu atoms, which does not undergo a magnetic transition, show that, the magnetoresistance and the Hall coefficient remain small in the whole temperature interval investigated. This fact indicates that the characteristic behavior of these two properties in low temperatures is intrinsically related to the magnetic ordering. In order to explain the magnetoresistance and the Hall effect in the paramagnetic as well as in the magnetically ordered phase of the iron-pnictides of the Ba122 family, we suggest that, not only the multiple band character of the electronic structure is important, but contributions related to scattering by magnetic excitations should be properly considered. These contributions are in fact, the responsible for the overall behavior of the magnetoresistance and Hall effect inside the magnetically ordered phase of these compounds. In this aspect, the proposed interpretation for the magneto-transport properties of the Ba122 iron-pnictides contrasts with the description most commonly found in the literature, where effects coming from the Fermi surface morphology are supposed to play the dominant role.

Neste trabalho é apresentado em detalhe a fabricação de dispositivos com contato túnel em grafeno, com foco nas caracterizações físico-químicas de barreiras túnel de Al2O3, crescidas sobre grafeno. Uma investigação detalhada das interfaces Co/Al2O3/grafeno é apresentada. Técnicas de caracterização tais como Raman, AFM, HRTEM, STEM, EDX, EELS são utilizadas, assim como processos de nanofabricação de dispositivos via litografia por feixe de elétrons. Os resultados mostram o crescimento de barreira via nucleação de clusters tipo Volmer-Weber e a existência de contatos Co/grafeno via pinholes através da barreira. A fabricação de barreiras finas com espessura nominal de 1 nm resulta no recobrimento parcial do grafeno por camadas com espessura atingindo cerca de 4 nm. A espessura mínima de barreira para a cobertura total da superfície do grafeno é alcançada através da deposição nominal de uma camada de Al2O3 de 3 nm. A caracterização elétrica dos contatos apresenta um caráter assimétrico, semelhante a um diodo túnel, sendo resultante de componentes de contato túnel, associadas a possível formação de cargas e, também, condução via pinholes, assim como efeitos da geometria dos contatos. / In this work, we report the devices constructions and a detailed investigation of the structural and chemical characteristics of thin evaporated Al2O3 tunnel barriers of variable thickness grown onto single-layer graphene sheets. Advanced electron microscopy (HRTEM, STEM) and spectrum-imaging techniques were used to investigate the Co/Al2O3/graphene/SiO2 interfaces. Direct observation of pinhole contacts was achieved using FIB cross-sectional lamellas. Spatially resolved EDX spectrum profiles confirmed the presence of direct point contacts between the Co layer and the graphene. The chemical nature of the Al2O3 barriers was also analyzed using electron energy loss spectroscopy (EELS). On the whole, the high surface diffusion properties of graphene led to Volmer-Weber-like Al2O3 film growth, limiting the minimal possible thickness for complete barrier coverage onto graphene surfaces using standard Al evaporation methods. The results indicate a minimum thickness of nominally 3 nm Al2O3, resulting in a 0.6 nm rms rough film with a maximum thickness reaching 5 nm. The electrical characterization of the device contacts seems to be a resultant of tunneling contact behavior associated to charge trapping,pinhole contacts and geometry of the contacts.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work a study of the exchange interaction between ferromagnetic (NiFe) and antiferromagnetic (IrMn) layers was done through structural, magnetic and electric characterization. NiFe/IrMn/Ta films were grown with different number of repetitions of this basic structure aiming to evaluate possible changes on the magnetic anisotropies presented by the samples. It was implanted in the Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos a system in order to measure the Anisotropic Magnetorresistance (AMR) as function of the applied field angle. The AMR consists in a change of the eletric resistance of a ferromagnetic material as function of the angle between the electric current and the magnetization of the material and, by this way, sensible to changes in the anisotropy presented by the samples. It is presented a simple model to calculate the AMR as function of the angle field and, by comparing with the experimental curves, to obtain the magnetic parameters who describe the system. In the model the equilibrium direction of the magnetization is obtained from the minimization of the free magnetic energy, which is given by the Zeeman, uniaxial, unidirectional and manetostatic energies. The AMR curves present an assymetry around 180 degrees when measured at fields below the bias one. According to the fittings, it was found that such assymetry can be due by a misalignment between the anisotropy axis (uniaxial and unidirectional) or by a misalignment between the measuring current and the easy magnetic axis of the samples. It was not observed, as expected, an expressive increase of the anisotropy dispersion of the uniaxial anisotropy with the increase of the number of trilayers. The same was observed with the bias and coercive fields. / Neste trabalho, o estudo da interação de troca entre as camadas ferromagnética (NiFe) e antiferromagnética (IrMn) em multicamadas foi realizado através da caracterização estrutural, magnética e de transporte elétrico. Foram crescidos filmes de NiFe/IrMn/Ta com diferentes números de repetições dessa estrutura básica com o objetivo de avaliar as possíveis modificações nas anisotropias apresentadas pelas amostras. Foi implantado no Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos (LMMM) um sistema para medidas de Magnetorresistência Anisotrópica (AMR) em função do ângulo de aplicação do campo. A AMR consiste na variação da resistência elétrica e a magnetização do material e, portanto, sensível as modificações de anisotropia nas amostras. É apresentado um modelo simples para calcular as curvas de AMR em função do ângulo do campo e, na comparação com as curvas experimentais obter os parâmetros magnéticos que descrevem o sistema. No modelo, a direção de equilíbrio da magnetização é obtida a partir da minimização da energia livre magnética, que por sua vez é dada pela soma da energia Zeeman, uniaxial, unidirecional e magnetostática. As curvas de AMR apresentam uma assimetria em torno de 180 graus quando medidas em valores de campo menores que o campo de Bias. De acordo com os ajustes, foi verificado que esta assimetria pode ser causada tanto por um desalinhamento entre os eixos de anisotropias (uniaxial ou unidirecional) como por um desalinhamento entre o eixo da corrente de medição e o eixo de fácil magnetização da amostra. Não foi observado, conforme esperado, um aumento expressivo na dispersão da anisotropia uniaxial com o aumento do número de repetições das tricamadas. O mesmo ocorrendo com os valores dos campos de Bias e coercivo.