As propriedades magnéticas de filmes finos que apresentam exchange bias são analisadas através do método de curvas de remanência. Trata-se de uma técnica comumente empregada no estudo de interações magnéticas em sistemas que apresentam laços de magnetização simétricos. Como o deslocamento em campo da curva de histerese é uma das principais manifestações do exchange bias, os valores das magnetizações remanentes podem ser distintos em módulo, ou até possuir o mesmo sinal, para os dois ramos da magnetização. Isto impede a aplicação direta do método. Uma adaptação é proposta aqui, e testada em uma variedade de sistemas que contêm interfaces entre materiais ferromagnéticos e antiferromagnéticos. Ela envolve a redefinição do sistema de coordenadas, e acaba gerando um aumento no número de gráficos distintos que podem ser construídos, evidenciando a assimetria intrínseca que existe entre os dois ramos da magnetização. Três tipos distintos de sistemas foram estudados, todos na forma de filmes finos depositados por desbastamento iônico. São eles: bicamadas de NiCu/IrMn, nas quais a temperatura de Curie do ferromagneto é menor que a temperatura de Néel do antiferromagneto; tricamadas de Co/Cu(tCu)/IrMn, construídas com espessuras variadas do espaçador de cobre com intuito de reduzir a interação efetiva entre o cobalto e o irídio-manganês; e amostras de CoFe/IrMn que possuem diferentes espessuras de material antiferromagnético. Curvas δ M(H) e gráficos de Henkel construídos para cada uma das amostras são apresentados, e os desvios do comportamento esperado para sistemas não-interagentes investigado, traçando um paralelo com parâmetros como o campo de exchange bias e o campo coercivo. Durante a interpretação dos dados, simulações computacionais foram implementadas na tentativa de separar as contribuições dos diferentes mecanismos que influenciam os processos de reversão da magnetização. / Magnetic properties of EB thin films are analyzed using the remanence plots method. This procedure is commonly employed to probe magnetic interactions in systems presenting symmetrical hysteresis curves. Since the field shift of the magnetization loops is one of the exchange bias manifestations, distinct remanence values might be observed for the two magnetization branches. This prevents the direct application of the method. An adaptation is proposed here, and tested in a variety of systems containing ferromagnetic/antiferromagnetic interfaces. It involves a redefinition of the coordinate system and gives rise to a number of distinct plots, revealing the intrinsic asymmetry between the two magnetization branches of exchange bias samples. Three different systems were studied, all in the form of thin films deposited via sputtering. These are: NiCu/IrMn bilayers, where the Curie temperature of the ferromagnet is lower than the Néel temperature of the antiferromagnet; Co/Cu(tCu)/IrMn trilayers, where the copper spacer thickness was varied in order to diminish the cobalt/iridium-manganese effective coupling; and CoFe/IrMn samples with different antiferromagnetic layer thickness. Henkel and δM(H) plots constructed for each sample are presented, and their deviations from the non-interacting behavior investigated, tracing a parallel with exchange bias parameters such as Heb and Hc. Computational simulations were employed aiming to discriminate contributions coming from different mechanisms that might influence the magnetization reversal.

Neste trabalho são analisadas as modificações provocadas pela irradiação iônica e tratamento térmico no exchange bias (EB) e no campo coercivo (HC) em filmes finos de IrMn/NiCu e IrMn/NiFe; neste último estudou-se a influência da ordem das camadas ferromagnética (FM) e antiferromagnética (AF). As irradiações foram feitas com íons de He+, Ge+ e Ar+ a diversas fluências. Flutuações temporais do EB são estudadas no sistema IrMn/NiFe através de uma análise da evolução temporal do fenômeno em diferentes temperaturas e fluências. Observa-se um grande aumento em HC no sistema IrMn/NiCu, que não apresenta EB, quando são feitas irradiações com Ar+. Tal aumento é explicado por defeitos criados na camada FM, que podem modificar a rugosidade interfacial e favorecer a quebra do FM em domínios devido à interação com o material AF. No sistema IrMn/NiFe observam-se modificações diversas no EB e HC das amostras dependendo da ordem de deposição das camadas FM/AF. No caso em que o material AF é crescido primeiro, uma investigação profunda das modificações estruturais e magnéticas foi feita. Análises estruturais mostram que tanto a irradiação iônica quanto o tratamento térmico não provocam interdifusão significante na interface IrMn/NiFe. Por outro lado, a estrutura do IrMn revelou diferenças na amostra irradiada com íons. Com o auxílio de simulações, tal efeito foi explicado por um processo de ordenamento químico da liga IrMn, que está de acordo com o maior EB obtido. As modificações na coercividade no sistema IrMn/NiFe foram investigadas com medidas de magnetização e ressonância ferromagnética. Foi observado campo de anisotropia rodável (HRA) negativo que foi explicado considerando acoplamento interfacial antiparalelo entre os momentos rodáveis e a camada FM que em campos mais elevados se alinham paralelamente. A anticorrelação entre HC e HRA foi atribuída a mudanças na constante de anisotropia dos grãos rodáveis, que se relaciona inversamente com HRA. O estudo das mudanças temporais do EB revela que a magnetização remanente da camada ferromagnética tem um papel essencial para a evolução do EB e que efeitos de aquecimento derivados da corrente utilizada na irradiação não mudam a taxa de evolução temporal do EB. / In this work we study the modifications of the exchange bias (EB) and coercive field (HC) of IrMn/NiFe and IrMn/NiCu thin films, induced by magnetic annealing (MA) and ion bombardment (IB). The last ones were done with He+, Ge+ and Ar+ ions at several fluences. The layer deposition order, ion beam fluence and current, structural changes and magnetic dynamical effects are investigated. The increase of HC with fluence is observed for the IrMn/NiCu system much higher for Ar+ implantation. This last increase is explained considering that the deffects induced by IB in the FM material, favor the domain formation through the interaction with the AF, and the increase of interfacial roughness. The modifications of EB and HC observed on the NiFe/IrMn system vary according to the layer deposition order, where a complete magnetical and structural investigation was carried out for the sample with the AF layer grown first. Structural analysis of the NiFe/IrMn system does nor show any interdiffusion induced at the FM/AF interface by MA or IB. Nevertheless a chemical ordering process is observed for the IB samples. These last effect is in agreement with the magnetic data, taht shows higher EB for the IB samples. The coercivity modifications of the NiFe/IrMn films were investigated through hysteresis loops and ferromagnetic resonance. We observed negative rotatable anisotropy field (HRA), which is explained considering field induced flips of the rotatable grains coupling (antiparallel/ parallel). The inverse correlation between HC and HRA was explained considering the changes on the rotatable grains anisotropy constant, that relates inversely to HRA. The EB time dependence was also investigated, where it is shown that the ferromagnetic remanent magnetization plays a key role in the EB temporal evolution and that heating effects driven by irradiation current do not change the temporal drift of EB.

As propriedades magnéticas de filmes finos que apresentam exchange bias são analisadas através do método de curvas de remanência. Trata-se de uma técnica comumente empregada no estudo de interações magnéticas em sistemas que apresentam laços de magnetização simétricos. Como o deslocamento em campo da curva de histerese é uma das principais manifestações do exchange bias, os valores das magnetizações remanentes podem ser distintos em módulo, ou até possuir o mesmo sinal, para os dois ramos da magnetização. Isto impede a aplicação direta do método. Uma adaptação é proposta aqui, e testada em uma variedade de sistemas que contêm interfaces entre materiais ferromagnéticos e antiferromagnéticos. Ela envolve a redefinição do sistema de coordenadas, e acaba gerando um aumento no número de gráficos distintos que podem ser construídos, evidenciando a assimetria intrínseca que existe entre os dois ramos da magnetização. Três tipos distintos de sistemas foram estudados, todos na forma de filmes finos depositados por desbastamento iônico. São eles: bicamadas de NiCu/IrMn, nas quais a temperatura de Curie do ferromagneto é menor que a temperatura de Néel do antiferromagneto; tricamadas de Co/Cu(tCu)/IrMn, construídas com espessuras variadas do espaçador de cobre com intuito de reduzir a interação efetiva entre o cobalto e o irídio-manganês; e amostras de CoFe/IrMn que possuem diferentes espessuras de material antiferromagnético. Curvas δ M(H) e gráficos de Henkel construídos para cada uma das amostras são apresentados, e os desvios do comportamento esperado para sistemas não-interagentes investigado, traçando um paralelo com parâmetros como o campo de exchange bias e o campo coercivo. Durante a interpretação dos dados, simulações computacionais foram implementadas na tentativa de separar as contribuições dos diferentes mecanismos que influenciam os processos de reversão da magnetização. / Magnetic properties of EB thin films are analyzed using the remanence plots method. This procedure is commonly employed to probe magnetic interactions in systems presenting symmetrical hysteresis curves. Since the field shift of the magnetization loops is one of the exchange bias manifestations, distinct remanence values might be observed for the two magnetization branches. This prevents the direct application of the method. An adaptation is proposed here, and tested in a variety of systems containing ferromagnetic/antiferromagnetic interfaces. It involves a redefinition of the coordinate system and gives rise to a number of distinct plots, revealing the intrinsic asymmetry between the two magnetization branches of exchange bias samples. Three different systems were studied, all in the form of thin films deposited via sputtering. These are: NiCu/IrMn bilayers, where the Curie temperature of the ferromagnet is lower than the Néel temperature of the antiferromagnet; Co/Cu(tCu)/IrMn trilayers, where the copper spacer thickness was varied in order to diminish the cobalt/iridium-manganese effective coupling; and CoFe/IrMn samples with different antiferromagnetic layer thickness. Henkel and δM(H) plots constructed for each sample are presented, and their deviations from the non-interacting behavior investigated, tracing a parallel with exchange bias parameters such as Heb and Hc. Computational simulations were employed aiming to discriminate contributions coming from different mechanisms that might influence the magnetization reversal.

Neste trabalho são analisadas as modificações provocadas pela irradiação iônica e tratamento térmico no exchange bias (EB) e no campo coercivo (HC) em filmes finos de IrMn/NiCu e IrMn/NiFe; neste último estudou-se a influência da ordem das camadas ferromagnética (FM) e antiferromagnética (AF). As irradiações foram feitas com íons de He+, Ge+ e Ar+ a diversas fluências. Flutuações temporais do EB são estudadas no sistema IrMn/NiFe através de uma análise da evolução temporal do fenômeno em diferentes temperaturas e fluências. Observa-se um grande aumento em HC no sistema IrMn/NiCu, que não apresenta EB, quando são feitas irradiações com Ar+. Tal aumento é explicado por defeitos criados na camada FM, que podem modificar a rugosidade interfacial e favorecer a quebra do FM em domínios devido à interação com o material AF. No sistema IrMn/NiFe observam-se modificações diversas no EB e HC das amostras dependendo da ordem de deposição das camadas FM/AF. No caso em que o material AF é crescido primeiro, uma investigação profunda das modificações estruturais e magnéticas foi feita. Análises estruturais mostram que tanto a irradiação iônica quanto o tratamento térmico não provocam interdifusão significante na interface IrMn/NiFe. Por outro lado, a estrutura do IrMn revelou diferenças na amostra irradiada com íons. Com o auxílio de simulações, tal efeito foi explicado por um processo de ordenamento químico da liga IrMn, que está de acordo com o maior EB obtido. As modificações na coercividade no sistema IrMn/NiFe foram investigadas com medidas de magnetização e ressonância ferromagnética. Foi observado campo de anisotropia rodável (HRA) negativo que foi explicado considerando acoplamento interfacial antiparalelo entre os momentos rodáveis e a camada FM que em campos mais elevados se alinham paralelamente. A anticorrelação entre HC e HRA foi atribuída a mudanças na constante de anisotropia dos grãos rodáveis, que se relaciona inversamente com HRA. O estudo das mudanças temporais do EB revela que a magnetização remanente da camada ferromagnética tem um papel essencial para a evolução do EB e que efeitos de aquecimento derivados da corrente utilizada na irradiação não mudam a taxa de evolução temporal do EB. / In this work we study the modifications of the exchange bias (EB) and coercive field (HC) of IrMn/NiFe and IrMn/NiCu thin films, induced by magnetic annealing (MA) and ion bombardment (IB). The last ones were done with He+, Ge+ and Ar+ ions at several fluences. The layer deposition order, ion beam fluence and current, structural changes and magnetic dynamical effects are investigated. The increase of HC with fluence is observed for the IrMn/NiCu system much higher for Ar+ implantation. This last increase is explained considering that the deffects induced by IB in the FM material, favor the domain formation through the interaction with the AF, and the increase of interfacial roughness. The modifications of EB and HC observed on the NiFe/IrMn system vary according to the layer deposition order, where a complete magnetical and structural investigation was carried out for the sample with the AF layer grown first. Structural analysis of the NiFe/IrMn system does nor show any interdiffusion induced at the FM/AF interface by MA or IB. Nevertheless a chemical ordering process is observed for the IB samples. These last effect is in agreement with the magnetic data, taht shows higher EB for the IB samples. The coercivity modifications of the NiFe/IrMn films were investigated through hysteresis loops and ferromagnetic resonance. We observed negative rotatable anisotropy field (HRA), which is explained considering field induced flips of the rotatable grains coupling (antiparallel/ parallel). The inverse correlation between HC and HRA was explained considering the changes on the rotatable grains anisotropy constant, that relates inversely to HRA. The EB time dependence was also investigated, where it is shown that the ferromagnetic remanent magnetization plays a key role in the EB temporal evolution and that heating effects driven by irradiation current do not change the temporal drift of EB.

O presente estudo aborda a evolução temporal de filmes finos compostos por materiais ferroantiferromagnéticos que apresentam interação de troca, visando a melhor compreensão da origem desse comportamento. Técnicas como a de irradiação iônica e tratamento térmico foram utilizadas para a modificação dos sistemas magnéticos em questão. Após submetidos a essas ferramentas de indução do efeito de exchange bias (viés de troca), as amostras foram expostas a campos magnéticos durante determinado intervalo de tempo `a temperatura ambiente. Após realizada a exposição, a medida de histerese magnética era feita, seus os campos de interesse foram computados, e os resultados são expostos frente ao tempo de exposição há campo magnético. As amostras apresentaram comportamentos distintos dependentes das técnicas de indução. Após irradiação iônica, o estado magnético permanece instável, devido a configuração energética imposta pela irradiação; desse modo efeitos térmicos de baixa amplitude podem fornecer energia para que a camada ferromagnética mude as orientações das magnetizações de grãos interfaciais. Por outro lado, o tratamento térmico promoveu ao sistema de interesse uma configuração energeticamente estável, eliminando ou reduzindo os efeitos térmicos induzidos pós-tratamento. Além disso, o desenvolvimento de uma ferramenta computacional foi necessário na tentativa de obtenção dos resultados obtidos experimentalmente. Este software usa como base a bem conhecida teoria do micromagnetismo a qual, auxiliada pela equação de Landau-Lifshitz-Gilbert, é uma ótima ferramenta tanto para prever como para reproduzir o comportamento de sistemas magnéticos. Todos os procedimentos para o desenvolvimento desse software encontram-se definidos nas seções seguintes, incluindo um método de soma em memória compartilhada, o qual visa melhorar o desempenho computacional para o cálculo dos efeitos provinientes de interações dipolares. Para finalizar, resultados experimentais e computacionais são expostos, mostrando a meta-instabilidade presente nos sistemas magnéticos abordados. / The present study examines the temporal evolution of thin magnetic films composed by ferro and antiferromagnetic materials that present exchange interactions, aiming a better understanding of the origin of their behavior. Techniques such as ion irradiation and magnetic annealing were used for modification of the systems studied. Once used such tools for initialization of the exchange-bias effect, the samples were exposed to magnetic fields during a certain time interval at room temperature. Subsequently, room temperature magnetization hysteresis loops were measured and the corresponding fields of interest were extracted. Depending on the different exchange-bias induction techniques, the samples showed distinct behaviors. After light ion irradiation, the magnetic state remained unstable, most probably due to thermal fluctuations that can alter the magnetic orientation of interface grains. The annealing, from other side, enabled a favorable energy configuration of the system, eliminating or reducing post-treatment thermally-induced effects in our the systems. Moreover, the development of a computational tool turned to be necessary when attempting to reproduce the experimental results. This software built is based on the well-established micromagnetic theory which, by additionally utilizing by the Landau-Lifshitz-Gilbert equation, represents a powerful tool used to predict and/or reproduce the behavior of magnetic systems. All procedures for the development of this software are defined in the following sections, including a shared memory programming, developed in order to increase the computational performance when reproducing dipolar interaction effects. Finally, experimental and simulation results are presented, demonstrating the metastable states of the magnetic systems studied here.

O presente estudo aborda a evolução temporal de filmes finos compostos por materiais ferroantiferromagnéticos que apresentam interação de troca, visando a melhor compreensão da origem desse comportamento. Técnicas como a de irradiação iônica e tratamento térmico foram utilizadas para a modificação dos sistemas magnéticos em questão. Após submetidos a essas ferramentas de indução do efeito de exchange bias (viés de troca), as amostras foram expostas a campos magnéticos durante determinado intervalo de tempo `a temperatura ambiente. Após realizada a exposição, a medida de histerese magnética era feita, seus os campos de interesse foram computados, e os resultados são expostos frente ao tempo de exposição há campo magnético. As amostras apresentaram comportamentos distintos dependentes das técnicas de indução. Após irradiação iônica, o estado magnético permanece instável, devido a configuração energética imposta pela irradiação; desse modo efeitos térmicos de baixa amplitude podem fornecer energia para que a camada ferromagnética mude as orientações das magnetizações de grãos interfaciais. Por outro lado, o tratamento térmico promoveu ao sistema de interesse uma configuração energeticamente estável, eliminando ou reduzindo os efeitos térmicos induzidos pós-tratamento. Além disso, o desenvolvimento de uma ferramenta computacional foi necessário na tentativa de obtenção dos resultados obtidos experimentalmente. Este software usa como base a bem conhecida teoria do micromagnetismo a qual, auxiliada pela equação de Landau-Lifshitz-Gilbert, é uma ótima ferramenta tanto para prever como para reproduzir o comportamento de sistemas magnéticos. Todos os procedimentos para o desenvolvimento desse software encontram-se definidos nas seções seguintes, incluindo um método de soma em memória compartilhada, o qual visa melhorar o desempenho computacional para o cálculo dos efeitos provinientes de interações dipolares. Para finalizar, resultados experimentais e computacionais são expostos, mostrando a meta-instabilidade presente nos sistemas magnéticos abordados. / The present study examines the temporal evolution of thin magnetic films composed by ferro and antiferromagnetic materials that present exchange interactions, aiming a better understanding of the origin of their behavior. Techniques such as ion irradiation and magnetic annealing were used for modification of the systems studied. Once used such tools for initialization of the exchange-bias effect, the samples were exposed to magnetic fields during a certain time interval at room temperature. Subsequently, room temperature magnetization hysteresis loops were measured and the corresponding fields of interest were extracted. Depending on the different exchange-bias induction techniques, the samples showed distinct behaviors. After light ion irradiation, the magnetic state remained unstable, most probably due to thermal fluctuations that can alter the magnetic orientation of interface grains. The annealing, from other side, enabled a favorable energy configuration of the system, eliminating or reducing post-treatment thermally-induced effects in our the systems. Moreover, the development of a computational tool turned to be necessary when attempting to reproduce the experimental results. This software built is based on the well-established micromagnetic theory which, by additionally utilizing by the Landau-Lifshitz-Gilbert equation, represents a powerful tool used to predict and/or reproduce the behavior of magnetic systems. All procedures for the development of this software are defined in the following sections, including a shared memory programming, developed in order to increase the computational performance when reproducing dipolar interaction effects. Finally, experimental and simulation results are presented, demonstrating the metastable states of the magnetic systems studied here.

As propriedades magnéticas de filmes finos que apresentam exchange bias são analisadas através do método de curvas de remanência. Trata-se de uma técnica comumente empregada no estudo de interações magnéticas em sistemas que apresentam laços de magnetização simétricos. Como o deslocamento em campo da curva de histerese é uma das principais manifestações do exchange bias, os valores das magnetizações remanentes podem ser distintos em módulo, ou até possuir o mesmo sinal, para os dois ramos da magnetização. Isto impede a aplicação direta do método. Uma adaptação é proposta aqui, e testada em uma variedade de sistemas que contêm interfaces entre materiais ferromagnéticos e antiferromagnéticos. Ela envolve a redefinição do sistema de coordenadas, e acaba gerando um aumento no número de gráficos distintos que podem ser construídos, evidenciando a assimetria intrínseca que existe entre os dois ramos da magnetização. Três tipos distintos de sistemas foram estudados, todos na forma de filmes finos depositados por desbastamento iônico. São eles: bicamadas de NiCu/IrMn, nas quais a temperatura de Curie do ferromagneto é menor que a temperatura de Néel do antiferromagneto; tricamadas de Co/Cu(tCu)/IrMn, construídas com espessuras variadas do espaçador de cobre com intuito de reduzir a interação efetiva entre o cobalto e o irídio-manganês; e amostras de CoFe/IrMn que possuem diferentes espessuras de material antiferromagnético. Curvas δ M(H) e gráficos de Henkel construídos para cada uma das amostras são apresentados, e os desvios do comportamento esperado para sistemas não-interagentes investigado, traçando um paralelo com parâmetros como o campo de exchange bias e o campo coercivo. Durante a interpretação dos dados, simulações computacionais foram implementadas na tentativa de separar as contribuições dos diferentes mecanismos que influenciam os processos de reversão da magnetização. / Magnetic properties of EB thin films are analyzed using the remanence plots method. This procedure is commonly employed to probe magnetic interactions in systems presenting symmetrical hysteresis curves. Since the field shift of the magnetization loops is one of the exchange bias manifestations, distinct remanence values might be observed for the two magnetization branches. This prevents the direct application of the method. An adaptation is proposed here, and tested in a variety of systems containing ferromagnetic/antiferromagnetic interfaces. It involves a redefinition of the coordinate system and gives rise to a number of distinct plots, revealing the intrinsic asymmetry between the two magnetization branches of exchange bias samples. Three different systems were studied, all in the form of thin films deposited via sputtering. These are: NiCu/IrMn bilayers, where the Curie temperature of the ferromagnet is lower than the Néel temperature of the antiferromagnet; Co/Cu(tCu)/IrMn trilayers, where the copper spacer thickness was varied in order to diminish the cobalt/iridium-manganese effective coupling; and CoFe/IrMn samples with different antiferromagnetic layer thickness. Henkel and δM(H) plots constructed for each sample are presented, and their deviations from the non-interacting behavior investigated, tracing a parallel with exchange bias parameters such as Heb and Hc. Computational simulations were employed aiming to discriminate contributions coming from different mechanisms that might influence the magnetization reversal.

Neste trabalho são analisadas as modificações provocadas pela irradiação iônica e tratamento térmico no exchange bias (EB) e no campo coercivo (HC) em filmes finos de IrMn/NiCu e IrMn/NiFe; neste último estudou-se a influência da ordem das camadas ferromagnética (FM) e antiferromagnética (AF). As irradiações foram feitas com íons de He+, Ge+ e Ar+ a diversas fluências. Flutuações temporais do EB são estudadas no sistema IrMn/NiFe através de uma análise da evolução temporal do fenômeno em diferentes temperaturas e fluências. Observa-se um grande aumento em HC no sistema IrMn/NiCu, que não apresenta EB, quando são feitas irradiações com Ar+. Tal aumento é explicado por defeitos criados na camada FM, que podem modificar a rugosidade interfacial e favorecer a quebra do FM em domínios devido à interação com o material AF. No sistema IrMn/NiFe observam-se modificações diversas no EB e HC das amostras dependendo da ordem de deposição das camadas FM/AF. No caso em que o material AF é crescido primeiro, uma investigação profunda das modificações estruturais e magnéticas foi feita. Análises estruturais mostram que tanto a irradiação iônica quanto o tratamento térmico não provocam interdifusão significante na interface IrMn/NiFe. Por outro lado, a estrutura do IrMn revelou diferenças na amostra irradiada com íons. Com o auxílio de simulações, tal efeito foi explicado por um processo de ordenamento químico da liga IrMn, que está de acordo com o maior EB obtido. As modificações na coercividade no sistema IrMn/NiFe foram investigadas com medidas de magnetização e ressonância ferromagnética. Foi observado campo de anisotropia rodável (HRA) negativo que foi explicado considerando acoplamento interfacial antiparalelo entre os momentos rodáveis e a camada FM que em campos mais elevados se alinham paralelamente. A anticorrelação entre HC e HRA foi atribuída a mudanças na constante de anisotropia dos grãos rodáveis, que se relaciona inversamente com HRA. O estudo das mudanças temporais do EB revela que a magnetização remanente da camada ferromagnética tem um papel essencial para a evolução do EB e que efeitos de aquecimento derivados da corrente utilizada na irradiação não mudam a taxa de evolução temporal do EB. / In this work we study the modifications of the exchange bias (EB) and coercive field (HC) of IrMn/NiFe and IrMn/NiCu thin films, induced by magnetic annealing (MA) and ion bombardment (IB). The last ones were done with He+, Ge+ and Ar+ ions at several fluences. The layer deposition order, ion beam fluence and current, structural changes and magnetic dynamical effects are investigated. The increase of HC with fluence is observed for the IrMn/NiCu system much higher for Ar+ implantation. This last increase is explained considering that the deffects induced by IB in the FM material, favor the domain formation through the interaction with the AF, and the increase of interfacial roughness. The modifications of EB and HC observed on the NiFe/IrMn system vary according to the layer deposition order, where a complete magnetical and structural investigation was carried out for the sample with the AF layer grown first. Structural analysis of the NiFe/IrMn system does nor show any interdiffusion induced at the FM/AF interface by MA or IB. Nevertheless a chemical ordering process is observed for the IB samples. These last effect is in agreement with the magnetic data, taht shows higher EB for the IB samples. The coercivity modifications of the NiFe/IrMn films were investigated through hysteresis loops and ferromagnetic resonance. We observed negative rotatable anisotropy field (HRA), which is explained considering field induced flips of the rotatable grains coupling (antiparallel/ parallel). The inverse correlation between HC and HRA was explained considering the changes on the rotatable grains anisotropy constant, that relates inversely to HRA. The EB time dependence was also investigated, where it is shown that the ferromagnetic remanent magnetization plays a key role in the EB temporal evolution and that heating effects driven by irradiation current do not change the temporal drift of EB.

O presente estudo aborda a evolução temporal de filmes finos compostos por materiais ferroantiferromagnéticos que apresentam interação de troca, visando a melhor compreensão da origem desse comportamento. Técnicas como a de irradiação iônica e tratamento térmico foram utilizadas para a modificação dos sistemas magnéticos em questão. Após submetidos a essas ferramentas de indução do efeito de exchange bias (viés de troca), as amostras foram expostas a campos magnéticos durante determinado intervalo de tempo `a temperatura ambiente. Após realizada a exposição, a medida de histerese magnética era feita, seus os campos de interesse foram computados, e os resultados são expostos frente ao tempo de exposição há campo magnético. As amostras apresentaram comportamentos distintos dependentes das técnicas de indução. Após irradiação iônica, o estado magnético permanece instável, devido a configuração energética imposta pela irradiação; desse modo efeitos térmicos de baixa amplitude podem fornecer energia para que a camada ferromagnética mude as orientações das magnetizações de grãos interfaciais. Por outro lado, o tratamento térmico promoveu ao sistema de interesse uma configuração energeticamente estável, eliminando ou reduzindo os efeitos térmicos induzidos pós-tratamento. Além disso, o desenvolvimento de uma ferramenta computacional foi necessário na tentativa de obtenção dos resultados obtidos experimentalmente. Este software usa como base a bem conhecida teoria do micromagnetismo a qual, auxiliada pela equação de Landau-Lifshitz-Gilbert, é uma ótima ferramenta tanto para prever como para reproduzir o comportamento de sistemas magnéticos. Todos os procedimentos para o desenvolvimento desse software encontram-se definidos nas seções seguintes, incluindo um método de soma em memória compartilhada, o qual visa melhorar o desempenho computacional para o cálculo dos efeitos provinientes de interações dipolares. Para finalizar, resultados experimentais e computacionais são expostos, mostrando a meta-instabilidade presente nos sistemas magnéticos abordados. / The present study examines the temporal evolution of thin magnetic films composed by ferro and antiferromagnetic materials that present exchange interactions, aiming a better understanding of the origin of their behavior. Techniques such as ion irradiation and magnetic annealing were used for modification of the systems studied. Once used such tools for initialization of the exchange-bias effect, the samples were exposed to magnetic fields during a certain time interval at room temperature. Subsequently, room temperature magnetization hysteresis loops were measured and the corresponding fields of interest were extracted. Depending on the different exchange-bias induction techniques, the samples showed distinct behaviors. After light ion irradiation, the magnetic state remained unstable, most probably due to thermal fluctuations that can alter the magnetic orientation of interface grains. The annealing, from other side, enabled a favorable energy configuration of the system, eliminating or reducing post-treatment thermally-induced effects in our the systems. Moreover, the development of a computational tool turned to be necessary when attempting to reproduce the experimental results. This software built is based on the well-established micromagnetic theory which, by additionally utilizing by the Landau-Lifshitz-Gilbert equation, represents a powerful tool used to predict and/or reproduce the behavior of magnetic systems. All procedures for the development of this software are defined in the following sections, including a shared memory programming, developed in order to increase the computational performance when reproducing dipolar interaction effects. Finally, experimental and simulation results are presented, demonstrating the metastable states of the magnetic systems studied here.

A spintrônica, que está inserida na nanotecnologia, se mostra hoje muito promissora no sentido de aprimorar outras tecnologias como a própria eletrônica convencional, a fotônica, a computação quântica, etc. Ela se baseia no transporte e manipulação do spin dos portadores em sistemas de estado sólido. No entanto, para sua implementação necessitamos produzir novos materiais com características bem específicas. Destacamos aqui os semicondutores magnéticos diluídos (SMDs), que são formados pela inclusão, por exemplo, de metais de transicão (MTs) em semicondutores. Neste trabalho investigamos uma abordagem alternativa de SMDs, com a inclusão de dois tipos de MTs ao mesmo tempo nos semicondutores GaN e ZnO (especialmente utilizados em dispositivos optoeletrônicos). Estes SMDs quaternários tem o potencial de apresentar um estado fundamental antiferromagnético (AFM) com polarização de spin (talvez 100%, ou seja, sendo meio-metais), com a interessante vantagem de não ter campo magnético resultante. Para a realização deste estudo utilizamos a combinação da Teoria do Funcional da Densidade com a Aproximação Quase Química Generalizada (GQCA), sendo este último modelo teórico desenvolvido neste trabalho. Observamos que a interação entre os pares Mn/Co e Cr/Ni é tanto AFM quanto meio metálica em GaN, para uma estrutura ordenada com apenas este tipo de interação. Porém, com o emprego do método GQCA, no estudo das ligas MnxCo0,056-xGa0,944N e CrxNi0,056-xGa0,944N notamos que estas: (i) apresentam estado fundamental AFM até x em torno de 3,5%, (ii) não tem meio-metalicidade, mas apresentam polarização significativa e (iii) possuem em geral temperatura de transição magnética menor que as ligas ternárias usuais. Estudamos também, uma outra abordagem para estes sistemas: as heteroestruturas digitais magnéticas. Ressaltamos que este estudo é bem amplo e foi apenas iniciado neste trabalho, mas com alguns resultados promissores em que destacamos a monocamada de V em GaN com alta polarização de spin e temperatura crítica, ambas superando as ligas estudadas e também a investigação sistemática da interação entre camadas magnéticas.