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

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

Neste trabalho é apresentada a caracterização de amostras de filmes finos granulares de Fe- Al2O3, obtidas por evaporação em ultra alto vácuo. Duas amostras com composições diferentes foram obtidas. A espectroscopia de Espalhamento de Rutherford (Rutherford Backscattering Spectroscopy - RBS) foi utilizada para determinar a fração volumétrica de metal e a espessura das amostras, cujos valores obtidos foram 43% e 34% respectivamente. A morfologia das amostras foi investigada por difração de raios-x a qual mostrou a existência de grãos de ferro com 30Å de diâmetro e orientação cristalina preferencial (110) embebidos em uma matriz amorfa de Al2O3. As medidas de magnetização também mostraram que as duas amostras apresentavam uma distribuição de tamanhos de grão de ferro com valor médio de 24Å, estando de acordo com os resultados obtidos por difração de raios-x. A magneto-resistência observada em temperatura ambiente pode ser explicada pelo tunelamento dependente de spin dos elétrons de condução entre os grãos de ferro. Os resultados das medidas de RxT e IxV mostraram que o principal mecanismo de transporte foi o tunelamento termicamente ativado, o que está de acordo com a teoria apresentada por Abeles.

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

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

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

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

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

Submitted by Danielle Karla Martins Silva (danielle.martins@ufpe.br) on 2015-03-12T14:44:36Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Lucas Fantini de Lima.pdf: 4426563 bytes, checksum: 5db8012c53db827acee2d5b63db1d613 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-12T14:44:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Lucas Fantini de Lima.pdf: 4426563 bytes, checksum: 5db8012c53db827acee2d5b63db1d613 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / CNPq ; FACEPE / No final da década de 1990, com o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação de filmes finos nanoestruturados, houve vários estudos que procuraram entender a dinâmica de vórtices e suas características. Esses sistemas normalmente compreendem uma rede regular de buracos ou inclusões magnéticas, que atuam como armadilhas para os vórtices, fornecendo potenciais periódicos de ancoragem. Por esta razão, vórtices em supercondutores nanoestruturados apresentam vários fenômenos interessantes que não podem ser encontrados em filmes contínuos. Possivelmente o exemplo mais marcante é o efeito de matching devido à comensurabilidade entre a rede de vórtice e a rede de ancoragem artificial. A depender das condições impostas ao sistema (temperatura, campo magnético aplicado, corrente de transporte aplicada e os parâmetros da rede de ancoragem) os vórtices se organizarão de maneiras distintas e isso irá, obviamente, traduzir-se em diferentes respostas macroscópicas. Nos chamados campos de matching (B = nB1, onde n é um inteiro e B1 é a densidade de fluxo magnético correspondente a um vórtice por célula unitária) os vórtices sentem mais o potencial de ancoragem e isto aparece experimentalmente como um aumento na corrente crítica (medida estática) ou uma atenuação na mobilidade dos vórtices (medida dinâmica). Acredita-se amplamente que as características observadas nas medidas estáticas e dinâmicas estão correlacionadas de forma que pode-se usar medidas de magnetotrasporte para inferir sobre as propriedades da comensurabilidade estática da rede de vórtice nos filmes nanoestruturados. Nesta dissertação, estudaremos experimentalmente as propriedades dinâmicas dos vórtices em um filme fino amorfo de MoGe com uma rede regular quadrada de antidos (buracos). A amostra foi fabricada por litografia eletrônica e deposição por laser pulsado na Universidade de Leuven, Bélgica. Foram feitas várias medidas de magnetorresistência nessa amostra usando voltímetros e fontes de corrente altamente sensíveis. Estes foram conectados ao equipamento comercial PPMS (Physical Properties Measurement System, da Quantum Design), usado como ambiente criogênico, através de uma caixa adaptadora confeccionada nos nossos laboratórios. As medidas são controladas por um computador através de uma rotina escrita pelo software de automação LabView. As curvas de magnetorresistência para diferentes valores de temperatura exibem uma série de características em diferentes campos de matching, como esperado do fenômeno de comensurabilidade estudado em trabalhos anteriores. Entretanto, para o sexto campo de matching, a forma característica da curva de magnetorresistência está ausente para todos os valores de temperatura. Seguindo um modelo baseado em configurações estáticas de vórtices em redes regulares de antidots, uma atenuação no efeito de matching é esperada para o terceiro campo de matching, devido aos parâmetros geométricos da nossa amostra. De fato, foi observada uma atenuação em B = 3B1. Entretanto, o modelo falha em explicar a ausência do efeito de matching em B = 6B1 encontrado nas nossas medidas. É proposto que vórtices em movimento na presença de um potencial de ancoragem periódico podem apresentar efeitos de comensurabilidade ligeiramente diferentes daqueles que ocorrem na situação estática porque a rede de vórtice que se move interage efetivamente com um potencial de ancoragem dependente do tempo.

Válvulas de Spin têm sido utilizadas na fabricação de sensores magnéticos e memórias de acesso randômico, sendo muito importantes do ponto de vista tecnológico. Neste trabalho, foram exploradas as análises das curvas de reversão de primeira ordem da magnetorresistência (MR-FORC), bem como ajustes das curvas de histereses da magnetização e magnetorresistência, para estudar o fenômeno de exchange-bias, anisotropia magnética e propriedades magnetorresistivas. As válvulas de spin estudadas foram do tipo NiFe/Cu/NiFe/IrMn, tendo camadas semente e de cobertura de Ta, preparadas por sputtering. Um modelo fenomenológico de parede de domínios no material antiferromagnético (AFM) foi utilizado, levando em conta as anisotropias magnéticas e interações entre as camadas. Também foram consideradas certas dispersões da anisotropia dos grãos ferromagnéticos (FM) e antiferromagnéticos (com distribuições Gaussianas) em torno dos respectivos eixos de anisotropia uniaxiais. Para o ajuste da magnetização para algumas amostras, foi necessário utilizar uma rotação no plano de um ângulo nos eixos de anisotropia uniaxiais do FM e AFM, em relação à direção do campo magnético aplicado durante a deposição dos filmes. Bons ajustes das curvas de histereses das magnetizações foram obtidos nas direções medidas do campo magnético aplicado. Um método baseado em medidas de variações angulares da magnetorresistência em campos constantes foi proposto para extrair este ângulo para cada amostra. Foram obtidas razoáveis concordâncias entre estes ângulos e os correspondentes extraídos dos ajustes das curvas de magnetização. Através da análise dos diagramas da MR-FORC e de simulações indicados dos resultados dos ajustes das histereses da magnetização, foi encontrada uma relação direta entre os campos de interação (e suas incertezas) com os campos de exchange-bias (HEB) dos grãos da distribuição (extraídos das simulações, usando a largura da distribuição obtida do ajuste). Resumindo, esta análise mostrou que esta técnica permite extrair informações comparativas sobre a dispersão dos eixos de anisotropia dos grãos FM e AFM em torno do eixo de anisotropia uniaxial, o que pode ser importante na caracterização dos sensores magnetorresistivos. Além disso, análise dos diagramas MR-FORC indicaram início da presença de descontinuidade na camada de NiFe presa em 27, com um aumento acentuado (acima do previsto) para a amostra com 25. Este aumento acima do previsto corrobora com nossa hipótese. As simulações das curvas de histerese da magnetorresistência não foram muito bons, indicando que melhorias devem ser introduzidas no modelo utilizado para a simulação da histerese da magnetorresistência, obtidos a partir dos ângulos das camadas ferromagnéticas livre e presa. A questão referente a presença em algumas das amostras de um desalinhamento entre os eixos fácéis do FM e do AFM ainda é uma questão em aberta, mas neste trabalho foi encontrado que este ângulo é igual a 2. / Spin Valves have been employed as magnetic sensors and used in random access memories, showing they are very important in terms of technological point of view. In this work, analyses of the magnetoresistance first order reversal curves (MR-FORC) have been used, as well as fittings of the magnetization and magnetoresistance hysteresis, to study the exchange-bias phenomena, magnetic anisotropies and magnetoresistance in spin valves. Sputtering has been used to the deposition of NiFe/Cu/NiFe/IrMn, and Ta has been deposited as seed and buffer layers. A domain wall model (in the antiferromagnetic layer) taking into account the magnetic anisotropies and the interactions between the layers has been employed to fit the magnetization hysteresis. Some textures have been also introduced to take into account the ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM) grains dispersion (with Gaussian distributions) centered around the respective uniaxial anisotropy axes. However, to obtain good fits for some samples, it has been necessary to include an in-plane rotation of an angle of the both FM and AFM easy axes in relation to the field direction applied during the growing of the films. Good fits of the magnetization hysteresis have been obtained for all measured directions of the applied field. A new method based on the angular variation of the magnetoresistance to constant fields has been proposed to extract directly these angles. Reasonable agreements have been obtained between these angles and the corresponding ones extracted from the fits of the magnetization loops. Through the analyses of the MR-FORC and from the simulations indicated by the parameters (obtained from the fittings of magnetization loops), a direct relation between the interaction fields (and its uncertainties) and the exchange-bias fields of the grains of the distribution (extracted from the simulations, using the width of the distribution obtained from the magnetization fittings) has been identified. In summary, this analysis has showed that this technique allows to extract comparative information about the dispersion of the anisotropy axes of the FM and AFM grains around the uniaxial axis, which can be very import to the characterization of spin-valve based sensors. Besides, MR-FORC analyses have also indicated the presence of a threshold of discontinuity of the pinned NiFe layer at 27, showing a huge increase (above of the expected) to the sample at 25, and this unexpected increasing has corroborated with our hypothese. Simulations of the magnetoresistance loops have not been good, indicating that improvements should be included in the model employed to simulate these curves, obtained from the pinned and free angles of the NiFe layers. Concerning the case of the presence of misalignments of FM and AFM for some samples, it is still an open question, but in this work, we have found that this angle () is equal to 2.