Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4517.pdf: 1547785 bytes, checksum: 6effb94c4a1e222fb3264328e57ccfc6 (MD5) Previous issue date: 2012-08-16 / Financiadora de Estudos e Projetos / Recent investigations on ferromagnetic monolayers predict the existence of spinwave modes without gap in the spectrum, even in the presence of anisotropy. These excitations propagate within the domain walls that exist in the monolayer, hence in quasione- dimensional structures. They are different from the known bulk-modes whose spectrum presents anisotropy gap and whose propagation may cover all the monolayer's extension. Moreover, since they do not have gap in the spectrum, the predicted modes are not associated to an activation temperature and must influence low-temperature observable physical properties. In the present work, a theoretical study is presented for a single ferromagnetic monolayer with domain walls and the response toan oscillating magnetic field. Gapless spin-wave modes' resonances are studied in the results. / Investigações recentes em monocamadas ferromagnéticas prevêem a existência de modos de onda de spin sem gap no espectro, mesmo na presença de anisotropia. Estas excitações propagam-se no interior das paredes de domínio existentes na monocamada, portanto em estruturas quase unidimensionais. Elas distinguem-se dos modos já conhecidos cujo espectro possui gap de anisotropia e cuja propagação pode cobrir toda extensão da monocamada. Além disso, por não terem gap no espectro, os modos previstos não associam uma temperatura de ativação e devem influenciar as propriedades físicas observáveis a baixas temperaturas. Este trabalho apresenta um estudo teórico de uma monocamada ferromagnética com paredes de domínio e a resposta a um campo magnético oscilante. As ressonâncias dos modos de onda de spin sem gap são estudadas como resultado.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5333.pdf: 5685389 bytes, checksum: 082b6b7ff9988cce9196ad87a26521b6 (MD5) Previous issue date: 2013-02-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, the domain structure of a transparent ferroelectric ceramic of (Pb0,79La0,21)TiO3 (PLT 21) was investigated in detail by piezoresponse force microscopu (PFM) and a protocol of measurements and analysis of the piezoresponse for the tridimensional reconstruction of the polarization in ferroelectric domains, including from mono and polycrystalline materials was developed. With this protocol, properties of domains and domain walls of the PLT 21 ceramic and of a PbTiO3 (PT) thin film were investigated. Three types of domains were recognized in the PLT 21 ceramic: domains separated by 180° walls, and domains separated by 90° walls in two scales, one in wich the domains have dimensions of about 1 μm and another with dimensions lower than 100 nm. Classical domain structures of lamellae and herringbones, and even more exotic structures as quadrants could be observed in PLT 21. This last one might suggest the existence of flux closure states of polarization in ferroelectric ceramics. In our knowledge this is the first time that quadrant structures are observed in ceramics. We could also observe in PLT 21 ceramic, ferroelectric domains that run through de grain boundary. Analysis of the reorientation of polarization by applying a localized BIAS field, revealed a strong electromechanical coupling in the sample, with the appearance of new 90° domain structure as a way to compensate local deformations generated by the poling process. The domain structure of the PT thin film revealed grains with monodomain structure and grains with polydomain structure, being the latter preferentially formed by 90° walls. The study of the reorientation of domains in the thin films of PT, showed the formation of a monodomain structure in the majority of the grains after the poling process, what significantly differs from the results of the PLT 21 ceramics. Lastly, thin films of Pb(Fe0,5Nb0,5)O3 (PFN) with good structural, microstructural and electrical properties were produced by radio frequency sputtering (R.F. Sputtering) with different thickness (50 nm 950 nm). The values of remnant polarization and coercive field of the hysteresis loop were 7 μC/cm2 and 70 kV/cm, respectively, which are bigger than many results found in the literature. Ferroelectric local properties were investigated in monolithic thin films (i.e., films that have a single grain in the thickness) of PFN and compared with the properties obtained in polycrystalline thin films of PT. / Neste trabalho, a estrutura de domínios de uma cerâmica transparente de (Pb0,79La0,21)TiO3 (PLT 21) foi detalhadamente investigada por microscopia de piezoresposta e um protocolo de medida e análise da piezoresposta para a reconstrução tridimensional da polarização de domínios em ferroelétricos, incluindo materiais mono e policristalinos, foi desenvolvido. Com este protocolo, as propriedades de domínios e paredes de domínios da cerâmica de PLT 21 e de um filme fino de PbTiO3 (PT) foram investigadas. Três tipos de domínios puderam ser reconhecidos na cerâmica de PLT 21: domínios separados por paredes 180° e domínios separados por paredes de 90° em duas escalas, uma em que os domínios têm dimensão de aproximadamente 1 μm e outra com dimensão menor que 100 nm. Estruturas de domínios clássicas como as lamelas e espinhas de peixes, até estruturas mais exóticas como a de quadrantes, puderam ser observadas no PLT 21. Essa última estrutura, pode sugerir a existência de estados de polarização de flux closure em cerâmicas ferroelétricas. Em nosso conhecimento, esta é a primeira vez que estruturas de quadrantes são observadas em cerâmicas. Foi possível observar na cerâmica de PLT 21, domínios ferroelétricos que transpõe a barreira do contorno de grão. A análise da reorientação da polarização com a aplicação de campo localizado revelou um forte acoplamento eletromecânico na amostra, com o aparecimento de novas estruturas de domínios de 90° como forma de compensar as deformações locais geradas pelo processo de polarização. A estrutura de domínios de filme fino de PT apresentou grãos com estrutura de monodomínio e grãos com estrutura de polidomínios, sendo o último preferencialmente formado por paredes de 90°. Os estudos de reorientação dos domínios nos filmes de PT mostraram a formação de uma estrutura de monodomínios na maioria dos grãos após o processo de polarização, o que difere significativamente dos resultados obtidos cerâmicas de PLT 21. Por fim, filmes finos de Pb(Fe0,5Nb0,5)O3 (PFN) com boas propriedades estruturais e microestruturais e elétricas foram produzidos por sputtering em radiofrequência (R.F. Sputtering) com diferentes espessuras (50 nm até 950 nm). Os valores obtidos por histerese ferroelétrica foram de 7 μC/cm2 de polarização remanescente e 70 kV/cm de campo coercitivo, maiores do que a maioria dos resultados encontrados na literatura. Propriedades ferroelétricas locais foram investigadas nos filmes finos monolíticos (i.e., filmes formados por um único grão na espessura) de PFN e comparadas com as propriedades obtidas em filmes finos policristalinos de PT.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, we have measured the domain wall velocity in the low field regime and studied the domain wall dynamics in Joule-annealed amorphous glass-covered microwires with positive magnetostriction. Such microwires are known to present magnetic bi-stability when axially magnetized. In order to measure of the single domain wall dynamics under different conditions, an electrical current was applied to the wire simultaneously to the mechanical stress and driving magnetic field. We have observed that the applied stress decreases the domain wall mobility. When the dc current is applied to the sample, an increase or a decrease is observed on the axial domain wall mobility, depending on the current direction. When we have treated the orthogonal motion of the domain wall, the current influence is not detected. On the other hand, it was verified a modification on the domain wall length. It was also observed a change in the domain wall shape from conical to parabolic one. These results are explained in terms of the change in the magnetic energy promoted by the additional Oersted field which, by its time, modifies the length and shape of the conical domain wall, in such a way that the orthogonal domain wall velocity is not changed by the applied current. / Nesse trabalho, foi medida a velocidade de paredes de domínios em regime de baixos campos e estudada a dinâmica dessas paredes em microfios amorfos recobertos por vidros com magnetostricção positiva tratados via efeito Joule. Tais microfios são conhecidos por apresentar biestabilidade magnética quando axialmente magnetizados. A fim avaliar a dinâmica de uma única parede de domínio sob diferentes condições, corrente elétrica DC foi aplicada simultaneamente a tensões mecânicas e campo magnético externo. Foi verificado que quando uma tensão mecânica externa é aplicada, a mobilidade da parede de domínio diminui. Já quando a corrente foi aplicada na amostra, um aumento ou decréscimo da mobilidade axial da parede foi observado, dependendo do sentido da corrente aplicada. Quando foi tratado da velocidade ortogonal da parede de domínio, não foi observada influência da corrente. Por outro lado, foi verificado uma modificação no comprimento da parede de domínios. Além disto, foi observado uma mudança na forma da parede de domínio, passando de um formato cônico para parabólico. Os resultados são explicados em termos da mudança na energia magnética promovida pelo campo de Oersted, gerado pela corrente aplicada, que por sua vez modifica o comprimento e a forma da parede de domínio sem que a velocidade ortogonal da parede de domínio seja alterada pela corrente aplicada.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Barkhausen noise (BN) corresponds to the voltage pulses induced in a sensing coil wound around a ferromagnetic material submitted to a variable magnetic field. It is related to the irregular motion of the domain walls (DWs) in a disordered magnetic material. Due to its stochastic character, most of the studies aim to explain the BN statistical properties. The statistical functions are, in general, well described by a power-law behavior with cutoff, whose exponents and cutoffs can be compared with the predictions obtained with theoretical models. Interestingly, statistical properties seem to be independent of microscopic and macroscopic details but controlled by a few general properties, as the system dimensionality and range of the relevant interactions governing the DWs dynamics. For bulk materials, there is a well established and consistent interpretation for the BN statistical properties, including the distributions of jump sizes and durations, average size vs. duration and power spectrum, which are related to the exponents t, a, 1=(snz) and J, respectively. In this case, the results clearly indicate that bulk samples present an essentially three-dimensional magnetic behavior and the exponents can be grouped in two distinct universality classes, according the range of interactions governing the DWs dynamics. For ferromagnetic films, the statistical properties are not so well studied due to experimental and theoretical difficulties and most of the experimental results reported so far make use of magneto-optical techniques, which restrict the analysis to the distributions of sizes. In all cases, the reported exponents for films are smaller than that obtained for bulk samples, indicating a possible two-dimensional magnetic behavior. Due to the insufficient amount of experimental data, the structural character and film thickness influence on the exponents was not observed and a complete comprehension of the DWs dynamics in films is still lacking. In this work, we report BN experimental results obtained with the classical inductive method in policrystalline and amorphous ferromagnetic films with thickness in the range 10 - 1000 nm. We investigate the BN statistical properties in order to understand the effects of the interplay between the system dimensionality and the range of the relevant interactions governing the DWs and magnetization dynamics. In particular, we perform an extended statistical analysis which includes the distributions of jump sizes and durations, average size vs. duration curve, power spectrum and the average shape of the Barkhausen jump, reported for the first time for films. The results show evidence of a three to two-dimensional crossover in the DWs dynamics as the film thickness is decreased. Also, the effect of the range of interactions governing the DWs dynamics in this range of thickness is observed, indicating the same two distinct universality classes observed for bulk materials. Through these results, we provide experimental evidence to the validity of different three and two-dimensional heoretical models for DWs dynamics. / O ruído Barkhausen (BN) corresponde aos pulsos de tensão detectados por uma bobina sensora enrolada em torno de um material ferromagnético, quando submetido a um campo magnético variável. O ruído é produzido por mudanças súbitas da magnetização, principalmente devido ao movimento irregular das paredes de domínio (DWs) em um meio magnético desordenado. Devido ao seu caráter estocástico, grande parte dos estudos visa explicar as propriedades estatísticas do ruído. As funções estatísticas são, em geral, bem descritas por leis de potência com cutoff , cujos expoentes e valores de cutoff podem ser comparados com valores obtidos teoricamente. Como ponto interessante, as propriedades estatísticas parecem ser independentes dos detalhes microscópicos e macroscópicos, sendo dependentes de apenas algumas propriedades gerais, como a dimensionalidade do sistema e o alcance das interações que governam a dinâmica de DWs. Para materiais bulk , há uma interpretação robusta e bem estabelecida para as propriedades estatísticas do ruído, incluindo as distribuições de área e duração dos saltos, área média do salto vs. duração e espectro de potência, que estão relacionados com os expoentes t, a, 1=(snz) e J, respectivamente. Neste caso, os resultados claramente indicam que amostras bulk apresentam um comportamento magnético essencialmente tri-dimensional e que os expoentes podem ser agrupados em duas classes de universalidade distintas, de acordo com o alcance das interações que governam a dinâmica de DWs. Para filmes ferromagnéticos, as propriedades estatísticas não são tão bem estudadas devido a dificuldades teóricas e experimentais e devido ao fato de que a maioria dos resultados experimentais publicados até o momento, obtidos através de técnicas magneto-ópticas, restringem a análise apenas à distribuição de área dos saltos. Em todos os casos, os expoentes obtidos para filmes são menores do que os obtidos para amostras bulk , indicando um possível comportamento magnético bi-dimensional. No entanto, devido à insuficiente quantidade de dados experimentais, a influência da espessura do filme e do caráter estrutural sobre os expoentes ainda não foi observada e uma compreensão completa da dinâmica de DWs em filmes ainda não foi obtida. Neste trabalho, são apresentados resultados experimentais de BN obtidos, através do tradicional método indutivo, em filmes ferromagnéticos policristalinos e amorfos, com espessuras no intervalo de 10 - 1000 nm. Neste caso, as propriedades estatísticas do ruído são investigadas com o objetivo de compreender os efeitos da dimensionalidade do sistema e do alcance das interações sobre os expoentes e sobre a dinâmica de DWs em filmes. Em particular, foi realizada uma vasta e sistemática análise estatística, envolvendo distribuições de amplitude, área e duração dos saltos, área média do salto vs. duração, espectro de potência e a forma média do salto Barkhausen, pela primeira vez obtida para filmes. Os resultados mostram evidências experimentais de um crossover dimensional da dinâmica de DWs à medida que a espessura do filmes é reduzida. Também, o efeito do alcance das interações sobre a dinâmica de DWs em filmes é observado, indicando a existência das mesmas duas classes de universalidade observadas para materiais bulk . Deste modo, os expoentes medidos fornecem evidências experimentais para a validade de diferentes modelos tri e bi-dimensionais para a dinâmica de DWs.