Neste trabalho foi estudado o transporte eletrônico em manganitas substituídas com valência mista através de medidas de resistividade elétrica em função da temperatura, entre 4.2 K e 300 K, com e sem campo aplicado, e magneto-resistência em temperatura fixa com campos de até 7 T. Além disso, o comportamento estrutural e magnético foi acompanhado por difratometria de raios-X e por medidas de magnetização, em função do campo (ciclos de histerese) e em função da temperatura, entre 4.2 K e 300 K, para campos fixos de 5 mT, 0,1 T e 5 T. Para este estudo foram utilizados dois conjuntos de amostras. No primeiro temos a composição La0,6D0,4MnO3 onde se mantém a composição da terra rara (La) e se muda a composição para o íon divalente (D = Pb, Sr, Ba e Pb+Sr). Na segunda série as amostras foram dopadas com chumbo La1-xPbxMnO3 em três composições distintas: x = 0.1, 0.4 e 0.6. As amostras são policristalinas e foram obtidas junto ao Laboratório de Crescimento Cristalino do Instituto de Física do Estado Sólido da Academia de Ciências da Bulgária. Pelos espectros de difração podemos ver que as amostras apresentam fase única. Os dados de magnetização mostram claramente uma transição ferromagnética-paramagnética próxima à temperatura ambiente e grandes diferenças entre as curvas ZFC e FC. As curvas da resistividade em campo nulo para a maioria das amostras apresentam um pico largo em alta temperatura, cuja temperatura do máximo ficou entre 178 K e 267 K, e um mínimo em baixa temperatura com valores na faixa de 30 K, com um comportamento do tipo metálico entre a temperatura do mínimo e do pico. Com a aplicação de um campo magnético de 7 T houve uma queda significativa no valor da resistividade em toda a faixa de temperaturas, além de um aumento da temperatura do pico e uma queda da temperatura do mínimo da resistividade, aumentando a região de temperaturas com comportamento metálico. A profundidade do mínimo da resistividade diminuiu com o campo aplicado, mas não foi suficiente para suprimi-lo. Na região com comportamento metálico os dados se ajustaram melhor a uma lei de potência T5/2. Já na região abaixo da temperatura do mínimo acreditamos que o tunelamento inter-grãos é o mecanismo mais importante pois, além do ajuste dos dados, a magneto-resistência também indica para um transporte inter-granular na presença de desordem. Isso é consistente com a resistividade em temperaturas intermediárias que também está associada ao espalhamento na presença de desordem. / We have studied the electronic transport in manganites with mixed valence by electrical resistivity measurements from 4.2K to 300K, in zero magnetic field and 7T, and magnetoresistance in several fixed temperatures in magnetic fields up to 7T. Also, the structural and magnetic behavior was verified by X-ray diffraction and magnetization measurements as a function of temperature between 4.2 and 400K in fixed magnetic fields (5 mT, 0,1 T and 5 T), and at fixed temperatures (4.2 K and 300 K) as a function of magnetic field up to 5 T. For this work we used two sets of samples. In the first one we have the basic composition La0,6D0,4MnO3 where the rare-earth content is fixed and the divalent ion composition is changed (D = Pb, Sr, Ba and Pb+Sr). In the second one the samples were doped with lead La1-xPbxMnO3 in three different contents: x = 0.1, 0.4 and 0.6. The samples are polycrystalline and were obtained in the Laboratory of Crystal Growth of the Bulgarian Academy of Sciences. From the diffraction spectra we see that the samples are single phase. The magnetization results show clearly a paramagnetic transition near room temperature and large differences for ZFC and FC routes. The resistivity curves without magnetic field for most of the samples show a broad peak for temperatures between 178 K and 267 K and a minimum in temperature near 30 K, with a metallic behavior from the minimum temperature to the peak temperature. With an applied magnetic field of 7 T we see a significant drop in the resistivity value in the whole temperature range besides a higher maximum temperature and a lower minimum temperature with a larger region with metallic behavior. The depth of the minimum in the resistivity is smaller with an applied magnetic field (7 T) but this field seems not to be sufficient to extinguish it. In the metallic behavior region the data was fitted well to a T5/2 power law. In the region below the minimum we believe inter-grain tunneling is the most important mechanism because, besides the quality of the fit, the magnetoresistance also leads to an intergranular electronic transport in the presence of disorder. This is consistent with the resistivity at intermediate temperatures that could also be associated to scattering in the presence of disorder.

Neste trabalho foi estudado o transporte eletrônico em manganitas substituídas com valência mista através de medidas de resistividade elétrica em função da temperatura, entre 4.2 K e 300 K, com e sem campo aplicado, e magneto-resistência em temperatura fixa com campos de até 7 T. Além disso, o comportamento estrutural e magnético foi acompanhado por difratometria de raios-X e por medidas de magnetização, em função do campo (ciclos de histerese) e em função da temperatura, entre 4.2 K e 300 K, para campos fixos de 5 mT, 0,1 T e 5 T. Para este estudo foram utilizados dois conjuntos de amostras. No primeiro temos a composição La0,6D0,4MnO3 onde se mantém a composição da terra rara (La) e se muda a composição para o íon divalente (D = Pb, Sr, Ba e Pb+Sr). Na segunda série as amostras foram dopadas com chumbo La1-xPbxMnO3 em três composições distintas: x = 0.1, 0.4 e 0.6. As amostras são policristalinas e foram obtidas junto ao Laboratório de Crescimento Cristalino do Instituto de Física do Estado Sólido da Academia de Ciências da Bulgária. Pelos espectros de difração podemos ver que as amostras apresentam fase única. Os dados de magnetização mostram claramente uma transição ferromagnética-paramagnética próxima à temperatura ambiente e grandes diferenças entre as curvas ZFC e FC. As curvas da resistividade em campo nulo para a maioria das amostras apresentam um pico largo em alta temperatura, cuja temperatura do máximo ficou entre 178 K e 267 K, e um mínimo em baixa temperatura com valores na faixa de 30 K, com um comportamento do tipo metálico entre a temperatura do mínimo e do pico. Com a aplicação de um campo magnético de 7 T houve uma queda significativa no valor da resistividade em toda a faixa de temperaturas, além de um aumento da temperatura do pico e uma queda da temperatura do mínimo da resistividade, aumentando a região de temperaturas com comportamento metálico. A profundidade do mínimo da resistividade diminuiu com o campo aplicado, mas não foi suficiente para suprimi-lo. Na região com comportamento metálico os dados se ajustaram melhor a uma lei de potência T5/2. Já na região abaixo da temperatura do mínimo acreditamos que o tunelamento inter-grãos é o mecanismo mais importante pois, além do ajuste dos dados, a magneto-resistência também indica para um transporte inter-granular na presença de desordem. Isso é consistente com a resistividade em temperaturas intermediárias que também está associada ao espalhamento na presença de desordem. / We have studied the electronic transport in manganites with mixed valence by electrical resistivity measurements from 4.2K to 300K, in zero magnetic field and 7T, and magnetoresistance in several fixed temperatures in magnetic fields up to 7T. Also, the structural and magnetic behavior was verified by X-ray diffraction and magnetization measurements as a function of temperature between 4.2 and 400K in fixed magnetic fields (5 mT, 0,1 T and 5 T), and at fixed temperatures (4.2 K and 300 K) as a function of magnetic field up to 5 T. For this work we used two sets of samples. In the first one we have the basic composition La0,6D0,4MnO3 where the rare-earth content is fixed and the divalent ion composition is changed (D = Pb, Sr, Ba and Pb+Sr). In the second one the samples were doped with lead La1-xPbxMnO3 in three different contents: x = 0.1, 0.4 and 0.6. The samples are polycrystalline and were obtained in the Laboratory of Crystal Growth of the Bulgarian Academy of Sciences. From the diffraction spectra we see that the samples are single phase. The magnetization results show clearly a paramagnetic transition near room temperature and large differences for ZFC and FC routes. The resistivity curves without magnetic field for most of the samples show a broad peak for temperatures between 178 K and 267 K and a minimum in temperature near 30 K, with a metallic behavior from the minimum temperature to the peak temperature. With an applied magnetic field of 7 T we see a significant drop in the resistivity value in the whole temperature range besides a higher maximum temperature and a lower minimum temperature with a larger region with metallic behavior. The depth of the minimum in the resistivity is smaller with an applied magnetic field (7 T) but this field seems not to be sufficient to extinguish it. In the metallic behavior region the data was fitted well to a T5/2 power law. In the region below the minimum we believe inter-grain tunneling is the most important mechanism because, besides the quality of the fit, the magnetoresistance also leads to an intergranular electronic transport in the presence of disorder. This is consistent with the resistivity at intermediate temperatures that could also be associated to scattering in the presence of disorder.

Neste trabalho foi estudado o transporte eletrônico em manganitas substituídas com valência mista através de medidas de resistividade elétrica em função da temperatura, entre 4.2 K e 300 K, com e sem campo aplicado, e magneto-resistência em temperatura fixa com campos de até 7 T. Além disso, o comportamento estrutural e magnético foi acompanhado por difratometria de raios-X e por medidas de magnetização, em função do campo (ciclos de histerese) e em função da temperatura, entre 4.2 K e 300 K, para campos fixos de 5 mT, 0,1 T e 5 T. Para este estudo foram utilizados dois conjuntos de amostras. No primeiro temos a composição La0,6D0,4MnO3 onde se mantém a composição da terra rara (La) e se muda a composição para o íon divalente (D = Pb, Sr, Ba e Pb+Sr). Na segunda série as amostras foram dopadas com chumbo La1-xPbxMnO3 em três composições distintas: x = 0.1, 0.4 e 0.6. As amostras são policristalinas e foram obtidas junto ao Laboratório de Crescimento Cristalino do Instituto de Física do Estado Sólido da Academia de Ciências da Bulgária. Pelos espectros de difração podemos ver que as amostras apresentam fase única. Os dados de magnetização mostram claramente uma transição ferromagnética-paramagnética próxima à temperatura ambiente e grandes diferenças entre as curvas ZFC e FC. As curvas da resistividade em campo nulo para a maioria das amostras apresentam um pico largo em alta temperatura, cuja temperatura do máximo ficou entre 178 K e 267 K, e um mínimo em baixa temperatura com valores na faixa de 30 K, com um comportamento do tipo metálico entre a temperatura do mínimo e do pico. Com a aplicação de um campo magnético de 7 T houve uma queda significativa no valor da resistividade em toda a faixa de temperaturas, além de um aumento da temperatura do pico e uma queda da temperatura do mínimo da resistividade, aumentando a região de temperaturas com comportamento metálico. A profundidade do mínimo da resistividade diminuiu com o campo aplicado, mas não foi suficiente para suprimi-lo. Na região com comportamento metálico os dados se ajustaram melhor a uma lei de potência T5/2. Já na região abaixo da temperatura do mínimo acreditamos que o tunelamento inter-grãos é o mecanismo mais importante pois, além do ajuste dos dados, a magneto-resistência também indica para um transporte inter-granular na presença de desordem. Isso é consistente com a resistividade em temperaturas intermediárias que também está associada ao espalhamento na presença de desordem. / We have studied the electronic transport in manganites with mixed valence by electrical resistivity measurements from 4.2K to 300K, in zero magnetic field and 7T, and magnetoresistance in several fixed temperatures in magnetic fields up to 7T. Also, the structural and magnetic behavior was verified by X-ray diffraction and magnetization measurements as a function of temperature between 4.2 and 400K in fixed magnetic fields (5 mT, 0,1 T and 5 T), and at fixed temperatures (4.2 K and 300 K) as a function of magnetic field up to 5 T. For this work we used two sets of samples. In the first one we have the basic composition La0,6D0,4MnO3 where the rare-earth content is fixed and the divalent ion composition is changed (D = Pb, Sr, Ba and Pb+Sr). In the second one the samples were doped with lead La1-xPbxMnO3 in three different contents: x = 0.1, 0.4 and 0.6. The samples are polycrystalline and were obtained in the Laboratory of Crystal Growth of the Bulgarian Academy of Sciences. From the diffraction spectra we see that the samples are single phase. The magnetization results show clearly a paramagnetic transition near room temperature and large differences for ZFC and FC routes. The resistivity curves without magnetic field for most of the samples show a broad peak for temperatures between 178 K and 267 K and a minimum in temperature near 30 K, with a metallic behavior from the minimum temperature to the peak temperature. With an applied magnetic field of 7 T we see a significant drop in the resistivity value in the whole temperature range besides a higher maximum temperature and a lower minimum temperature with a larger region with metallic behavior. The depth of the minimum in the resistivity is smaller with an applied magnetic field (7 T) but this field seems not to be sufficient to extinguish it. In the metallic behavior region the data was fitted well to a T5/2 power law. In the region below the minimum we believe inter-grain tunneling is the most important mechanism because, besides the quality of the fit, the magnetoresistance also leads to an intergranular electronic transport in the presence of disorder. This is consistent with the resistivity at intermediate temperatures that could also be associated to scattering in the presence of disorder.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Foram estudadas fitas de Cu95Co5, Cu90Co10 e Cu85Co15, com ênfase para Cu90Co10, que apresenta máxima magnetorresistência gigante nestes materiais. As amostras foram caracterizadas utilizando as seguintes técnicas: medidas de resistividade vs. temperatura, realizadas in situ durante os tratamentos térmicos; magnetização e magnetorresistência (MR) a temperatura ambiente, 4,2 K e 20 K; Difração de Raios-X, Microscopia Eletrônica de Transmissão, Espectroscopia de Dispersão de Energia de Raios-X e de Perda de Energia Eletrônica. Medidas de resistividade durante o tratamento térmico indicaram a presença de dois processos de mudança estrutural para Cu90Co10. O final do primeiro processo coincide com o máximo da magnetorresistência gigante, e o segundo com a queda brusca desta propriedade. Mostramos que, devido à composição e à técnica de fabricação, a nanoestrutura da liga binária CuCo é um tanto complexa, e não simplesmente granular. Podem ser observados, de acordo com a composição e tratamento térmico, pelo menos três tipos diferentes de segregação: nucleação e crescimento, decomposição espinodal e precipitação descontínua. Observamos que a decomposição espinodal está presente já na formação da fita por melt-spinning e permanece mesmo após a nucleação e crescimento de grãos para todas as composições analisadas. A evolução da MR com o tratamento térmico para Cu90Co10 é associada à evolução da decomposição espinodal através do aumento de sua amplitude. A precipitação descontinua torna-se importante após tratamentos térmicos adequados e seu surgimento está relacionado à queda brusca do valor de magnetorresistência gigante visto para Cu90Co10. Verificamos que estas nanoestruturas influenciam diretamente as propriedades de transporte e magnéticas do material. Com isso concluímos que um modelo completo para explicar a magnetorresistência gigante no sistema CuCo deve considerar o efeito de espalhamento dependente de spin através de modulações de composição, além de distribuições granulares. Mostramos também que, devido às características da região instável do diagrama de fases do CuCo, a diferença entre resultados em materiais semelhantes encontrados na literatura deve estar relacionada às diferentes histórias térmicas a que os mesmos são submetidos tanto na fabricação como nos tratamentos térmicos posteriores. / We studied Cu95Co5, Cu90Co10 and Cu85Co15 ribbons, emphasizing on Cu90Co10 that presents maximum giant magnetoresistance for these materials. We have characterized the samples using the following techniques: in situ resistivity vs. temperature measurements during the thermal treatment, magnetization and magnetoresistance (MR) at room temperature, 4,2 K, and 20 K; X-Ray Diffraction, Transmission Electron Microscopy, Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy and Electron Energy-Loss Spectroscopy. Our resistivity measurements during the heat treatment indicated the presence of two processes for Cu90Co10. The end of the first process coincides with the maximum in giant magnetoresistance, and the second to a sharp drop of this property. We show that, due to both the composition and manufacturing technique, the nanostructure of CuCo binary alloys are complex, not simply granular. We have seen, according to the composition and heat treatment, at least three different types of segregation: nucleation and growth, spinodal decomposition and discontinuous precipitation. We observed that spinodal decomposition is already present in the ribbons obtained by melt-spinning and remains even after the nucleation and growth of grains analyzed for all compositions. The evolution of the MR with heat treatment for Cu90Co10 is associated to the evolution of the spinodal decomposition by increasing its amplitude. The discontinuous precipitation becomes important after suitable heat treatment and its appearance is related to the sharp fall in the value of giant magnetoresistance seen for x Cu90Co10. We have found that these nanostructures directly influence the magnetic and transport properties of the materials. We thus conclude that a complete model to explain Giant Magnetoresistance in CuCo should consider the spin dependent scattering effect from composition modulations, as well as granular distributions. We have also shown that the unstable region due to the characteristics of the CuCo phase diagram may explain the difference between results from similar materials in the literature, probably related to different thermal histories that are subjected both in manufacture and subsequent thermal treatments.