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En este trabajo se exponen las primeras medidas de magnetorresistencia en películas de oro depositadas sobre mica en la configuración de MacDonald. En esta configuración el campo eléctrico es ortogonal al campo magnético y ambos campos están contenidos en el plano de la película. La señal de magnetorresistencia puede ser atribuida inequívocamente al scattering electrón-superficie rugosa. Las medidas fueron realizadas en un conjunto de cuatro películas delgadas de oro de distinto espesor. Las condiciones de fabricación de las películas permiten observar claramente el efecto del scattering electrón-superficie rugosa en distintos coeficientes de transporte. La medición de magnetorresistencia se efectuó utilizando el método de cuatro contactos a bajas temperaturas T (4 K ≤ T ≤ 50 K) bajo un campo magnético intenso B (1.5 T ≤ B ≤ 9 T), utilizando amplificadores sintonizados. Se observó una clara dependencia de la magnetorresistencia con el espesor de las películas. El cambio porcentual de resistividad debido a la acción del campo magnético a una temperatura de 4 K y a un campo magnético de 9 T son de 7% para la película más delgada (72 nm) y 21% para la películas más gruesa (266 nm). Se realizó una comparación entre teoría y experimento, donde la predicción teórica, basada en la ecuación de transporte de Boltzmann, no reproduce el comportamiento de la magnetorresistencia MacDonald. La predicción conduce a una magnetorresistencia negativa, mientras que el valor medido es positivo. La magnetorresistencia observada crece al aumentar el espesor de la muestra, contrariamente a lo predicho por la teoría.

En esta tesis se estudia el fenómeno que es conocido en la literatura como “efectos de tamaño y geometría en fenómenos de transporte”. En específico se estudia de qué manera la superficie rugosa, que limita la estructura metálica, afecta a las propiedades de transporte de carga cuando una o más de las dimensiones que caracterizan la estructura metálica se tornan comparables o inferiores al camino libre medio l de los portadores de carga en el grueso. Se analiza la teoría de transporte de Calecki, que proporciona una solución numérica para los coeficientes de transporte eléctrico como son la resistividad, la tangente de Hall y la magnetorresistencia transversal. La teoría de Calecki considera el efecto de scattering electrón-superficie rugosa desde primeros principios, usando el formalismo de la ecuación semiclásica de transporte de Boltzmann. El resultado es que la teoría proporciona una descripción adecuada de la resistividad en función de la temperatura, una descripción aceptable de la tangente de Hall en función del campo magnético a 4 K, pero predice una magnetorresistencia transversal a 4 K que es varios órdenes de magnitud menor que lo observado.

[pt] Amperímetros convencionais devem ser inseridos em série com o elemento no qual se deseja medir a corrente, constituindo uma forma de medição invasiva. Amperímetros alicate, baseados em bobinas, realizam medições de forma não invasiva, mas são limitados a correntes alternadas. Para medição de correntes contínuas, amperímetros baseados no efeito Hall são utilizados, mas possuem baixo nível de tensões de saída e pouca estabilidade em relação à temperatura. O objetivo desta dissertação foi desenvolver um protótipo de amperímetro baseado em magnetômetros de magnetorresistência gigante (GMR) capaz de medir correntes contínuas, de forma não invasiva e com alta resolução em relação aos amperímetros alicate. A metodologia dividiu-se em: (i) utilização de dois magnetômetros GMR para medir o campo magnético gerado pela corrente elétrica em um condutor; (ii) projeto e implementação de um solenoide para polarizar os sensores na faixa de operação linear; (iii) aprimoramento e desenvolvimento de circuitos eletrônicos dedicados à excitação e leitura dos GMRs; (iv) implementação de algoritmos para solução do problema inverso, isto é, a partir da saída do circuito, em mV, estimar a corrente que passa pelo condutor e a distância entre este e o amperímetro. Foram realizados 60 testes, com correntes variando de -3 A a 3 A, com passos de 0,1 A. O protótipo foi capaz de estimar a corrente elétrica com incerteza expandida, do tipo A, de 0,091 A e 0,07 cm para a distância. Os resultados comprovam a viabilidade da realização de medições de corrente, por aproximação, utilizando sensores GMR. / [en] Conventional ammeters should be inserted in series with the element in which the current is to be measured, thus constituting an invasive measurement form. Clamp ammeters, based on coils, are able to measure non-invasively but are limited to alternating currents. For measurement of direct currents, Hall-based ammeters are used, but have low output voltages and little temperature stability. Thus, the objective of this dissertation was to develop a prototype based on giant magnetoresistance (GMR) magnetometers capable of measuring direct currents, non-invasively and with high resolution in relation to clamp ammeters. The methodology was divided into: (i) the use of two GMR magnetometers to measure the magnetic field generated by the electric current in a conductor; (ii) design and implementation of a solenoid to polarize the sensors in the linear operating range; (iii) improvement and development of electronic circuits dedicated to the excitation and reading the GMRs; (iv) implementation of algorithms to solve the inverse problem, that is, from the outputs of the circuit, in mV, estimate the current passing through the conductor and the distance between it and the ammeter. Sixty tests were performed, with currents varying from -3 A to 3 A, with steps of 0.1 A. The prototype was able to estimate the electrical current with type A expanded uncertainty of 0.091 A and 0.07 cm for the distance. The results demonstrate the feasibility of conducting current measurements by approximation using GMR sensors.