Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work a study of the exchange interaction between ferromagnetic (NiFe) and antiferromagnetic (IrMn) layers was done through structural, magnetic and electric characterization. NiFe/IrMn/Ta films were grown with different number of repetitions of this basic structure aiming to evaluate possible changes on the magnetic anisotropies presented by the samples. It was implanted in the Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos a system in order to measure the Anisotropic Magnetorresistance (AMR) as function of the applied field angle. The AMR consists in a change of the eletric resistance of a ferromagnetic material as function of the angle between the electric current and the magnetization of the material and, by this way, sensible to changes in the anisotropy presented by the samples. It is presented a simple model to calculate the AMR as function of the angle field and, by comparing with the experimental curves, to obtain the magnetic parameters who describe the system. In the model the equilibrium direction of the magnetization is obtained from the minimization of the free magnetic energy, which is given by the Zeeman, uniaxial, unidirectional and manetostatic energies. The AMR curves present an assymetry around 180 degrees when measured at fields below the bias one. According to the fittings, it was found that such assymetry can be due by a misalignment between the anisotropy axis (uniaxial and unidirectional) or by a misalignment between the measuring current and the easy magnetic axis of the samples. It was not observed, as expected, an expressive increase of the anisotropy dispersion of the uniaxial anisotropy with the increase of the number of trilayers. The same was observed with the bias and coercive fields. / Neste trabalho, o estudo da interação de troca entre as camadas ferromagnética (NiFe) e antiferromagnética (IrMn) em multicamadas foi realizado através da caracterização estrutural, magnética e de transporte elétrico. Foram crescidos filmes de NiFe/IrMn/Ta com diferentes números de repetições dessa estrutura básica com o objetivo de avaliar as possíveis modificações nas anisotropias apresentadas pelas amostras. Foi implantado no Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos (LMMM) um sistema para medidas de Magnetorresistência Anisotrópica (AMR) em função do ângulo de aplicação do campo. A AMR consiste na variação da resistência elétrica e a magnetização do material e, portanto, sensível as modificações de anisotropia nas amostras. É apresentado um modelo simples para calcular as curvas de AMR em função do ângulo do campo e, na comparação com as curvas experimentais obter os parâmetros magnéticos que descrevem o sistema. No modelo, a direção de equilíbrio da magnetização é obtida a partir da minimização da energia livre magnética, que por sua vez é dada pela soma da energia Zeeman, uniaxial, unidirecional e magnetostática. As curvas de AMR apresentam uma assimetria em torno de 180 graus quando medidas em valores de campo menores que o campo de Bias. De acordo com os ajustes, foi verificado que esta assimetria pode ser causada tanto por um desalinhamento entre os eixos de anisotropias (uniaxial ou unidirecional) como por um desalinhamento entre o eixo da corrente de medição e o eixo de fácil magnetização da amostra. Não foi observado, conforme esperado, um aumento expressivo na dispersão da anisotropia uniaxial com o aumento do número de repetições das tricamadas. O mesmo ocorrendo com os valores dos campos de Bias e coercivo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Anisotropic magnetoresistance (AMR) corresponds to the change of R in an ferromagnetic material with the angle between electric current and magnetization. Sensors using this effect are suited to detect both angular and linear displacements. In this work, structural, magnetic and electric characterization were performed in order to study the exchange interaction between antiferromagnetic IrMn and ferromagnetic NiFe, in a bilayer and a multilayer. Simulations of the AMR measurements were performed and showed good agreement with the experimental data. Different anisotropy field values were observed. The difference between the anisotropy field and the exchange field values is responsible for the different AMR data sets extracted from each sample. The model takes into account the, anisotropy (uniaxial), Zeeman, and exchange-bias (unidirectional) energies was used to explain the observed behavior. / Magnetorresistência anisotrópica (AMR) consiste na variação da resistência de um material ferromagnético em função do ângulo entre a corrente elétrica e a magnetização do material, o que faz com que sensores que utilizam este efeito sejam promissores para medidas de posição tanto angulares quanto lineares. Neste trabalho, caracterização estrutural, magnética e elétrica foram realizadas para estudar a interação de troca entre camadas antiferromagnética de IrMn e ferromagnética de NiFe em uma bicamada e uma multicamada. Simulações das medidas de AMR foram realizadas e boa concordância entre os dados experimentais e os simulados foi obtida. Diferentes valores de campos de anisotropias foram observados. A diferença entre o campo de anisotropia unidirecional e o campo de exchange é responsável pela diferença entre as medidas de AMR obtidas. Um modelo que considera as energias de anisotropia (uniaxial), Zeeman e de exchangebias (unidirecional) foi usado para explicar o comportamento observado.

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / The Exchange Bias (EB) phenomenon consists of an interfacial exchange coupling between a ferromagnetic (FM) material and an antiferromagnetic (AFM) one and has as the main characteristics the rise of a unidirectional anisotropy and a rotational hysteresis (HR) in torque curves. In this work we have investigated the behavior of the magnetic behavior of systems presenting EB through magnetization curves, anisotropic magnetorresistance (AMR)and torque magnetometry. We have grown films, via magnetron sputtering, of NiFe/FeMn (bilayers) with different thickness of the FM layer and film structures of NiFe/IrMn/Ta with different repetitions of the basic s tructure. From the X-ray diffraction and reflectivity we have determined the preferential crystallographic growth direction, the thickness and the grain size of the studied samples. It was implemented at the Magnetism and Magnetic Materials Laboratory (LMMM) an apparatus to measure the AMR in two configurations: resistance as a function of the applied field angle and resistance as function of the field applied in a particular angle direction. To adjust the magnetization and AMR data we have used a phenomenological model for EB considering four energy terms: Zeeman, uniaxial, unidirectional and magnetostatic. The AMR curves have shown an asymmetry around 180º when measured at field smaller than the Bias one. According to the used model used, such asymmetry can be caused either by a misalignment between the anisotropy axes (uniaxial and unidirectional) or by a misalignment between the measurement current direction easy magnetization axis of the sample. It was not observed in the multilayers an increase on the uniaxial anisotropy dispersion with increasing on the trilayers number, as expected. In order to fit average torque curves, we have used an equation with two harmonic terms. The resulting parameters allow us to study the field evolution of the harmonic amplitudes Kθ e K2θ. In the multilayer system as higher total energy is, higher is the energy losses by HR. In bilayers system, the HR energy losses still increases even above the saturation field. Such behavior was associated to the configuration of interfacial spins and suggests the need of an additional contribution to total energy of the magnetic system. / O fenômeno de Exchange Bias (EB) consiste de um acoplamento de troca interfacial entre um material ferromagnético (FM) e um material antiferromagnético (AFM) e tem como características principais o surgimento de uma anisotropia unidirecional e a histerese rotacional (HR) em curvas de torque. Neste trabalho investigamos o comportamento de sistemas magnéticos com EB através de curvas de magnetização, magnetorresistência anisotrópica (AMR) e magnetometria de torque. Foram crescidos filmes via magnetron sputtering, de NiFe/FeMn (bicamadas) variando a espessura da camada de NiFe e filmes de NiFe/IrMn/Ta com diferentes números de repetições dessa estrutura básica (multicamadas). A partir da difração e refletividade de raios-X determinamos a direção preferencial de crescimento cristalográfico, espessura e o tamanho de grão das amostras estudadas. Foi implementado no Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos (LMMM) um aparato experimental para medidas de AMR: resistência em função do ângulo do campo aplicado e resistência em função do campo aplicado para um determinado ângulo escolhido. Para o ajuste aos dados das curvas de magnetização e AMR é apresentado um modelo fenomenológico para EB considerando quatro termos de energia: Zeeman, uniaxial, unidirecional e magnetostático. As curvas de AMR apresentam uma assimetria em torno de 180º quando medidas em valores de campo menores que o campo de Bias. De acordo com o modelo utilizado, tal assimetria pode ser causada por um desalinhamento entre os eixos de anisotropia (uniaxial e unidirecional) ou por um desalinhamento entre a direção da corrente de medida e o eixo fácil de magnetização da amostra. Não foi observado um aumento na dispersão da anisotropia uniaxial com o aumento das repetições das tricamadas, conforme esperado. Para o ajuste das curvas de torque médio utilizamos uma equação com dois termos harmônicos. Os parâmetros resultantes do ajuste das curvas de torque permitiram estudar a evolução das componentes harmônicas Kθ e K2θ. Nas multicamadas quanto maior a energia associada ao torque médio maiores são as perdas de energia por HR. Já nas bicamadas, as perdas de energia por HR aumentam mesmo acima do campo de saturação. Tal comportamento foi associado à configuração de spins interfaciais e sugere a necessidade de uma contribuição adicional para a energia total do sistema magnético.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Anisotropic magnetoresistance (AMR) consists in the change of the resistivity of a ferromagnetic metal as a function of the angle between the current and the magnetization, what makes AMR-based sensors promising to measure both angular and linear positions. These devices usually have a structure of Ta/Ni81Fe19/Ta and the thickness of the Ni81Fe19 layer is about 10 nm so as to reduce the demagnetization field parallel to surface. In order to acquire high magnetic field sensitivity (S) and low Barkhausen noise the films should have high AMR values (ΔDR=R) and low coercivity. However, during fabrication, the structures are often exposed to temperatures above 200oC, what changes the characteristics of the interfaces and reduces ΔDR=R. On the other hand, ΔDR=R and S can be remarkably enhanced by insertion of nano-oxide layers that act like difusion barriers on the interfaces. The enhancement is mainly attributed to the large electron specular reflection at the flatter interfaces. In this work we have proposed to verify the possibility of enhance ΔDR=R and S in structures with good thermal stability just by adding an oxidation step after growthing each layer, forming TaOx. We studied the influence of the deposition parameters in the structural and magnetic properties of the samples and otimized the growth of thin films of Ni81Fe19 by magnetron sputtering. We also verified the influence of the annealing in the structural properties of nanostructures of Ta/Ni81Fe19/Ta exposed or not to oxidation on the interfaces. We observed that the TaOx nano-oxide layer can work as expected, however the poor cristalinity of the Ni81Fe19 layers leads to AMR values lower than the literature ones. / Magnetorresistência anisotrópica (AMR) consiste na variação da resistividade de um metal ferromagnético como uma função do ângulo entre a corrente e a magnetização, o que faz com que sensores que utilizam este efeito sejam promissores para medidas de posição tanto angulares quanto lineares. Estes dispositivos normalmente possuem a estrutura Ta/Ni81Fe19/Ta com a espessura da camada de Ni81Fe19 sendo da ordem de 10 nm, para reduzir o campo desmagnetizante paralelo à superfície. Para obter alta sensibilidade (S) e baixos níveis de ruído Barkhausen os filmes devem apresentar alta variação percentual da AMR (ΔDR=R) e baixa coercividade. Entretanto, durante o processo de fabricação as estruturas frequentemente são expostas à temperaturas maiores que 200oC, o que pode alterar as características das interfaces e reduzir ΔDR=R. Por outro lado, ΔDR=R e S podem ser significativamente incrementados através da inserção de nanocamadas de óxidos que atuam como barreiras contra difusão nas interfaces. O aumento é atribuído ao maior nível de reflexões eletrônicas especulares nas interfaces mais lisas. Neste trabalho, propomos verificar se é possível aumentar ΔDR=R e S para estruturas com boa estabilidade térmica simplesmente acrescentando uma etapa de oxidação após o crescimento de cada camada, pela formação de TaOx. Estudamos a influência dos parâmetros de deposição nas propriedades estruturais e magnéticas das amostras e otimizamos o crescimento de filmes finos de Ni81Fe19 pela técnica de magnetron sputtering. Verificamos também a influência do tratamento térmico nas propriedades estruturais de nanoestruturas do tipo Ta/Ni81Fe19/Ta submetidas ou não à oxidação das interfaces. Observamos que a nanocamada de TaOx pode desempenhar o papel esperado, todavia a qualidade cristalina das camadas de Ni81Fe19 acarretou em valores quantitativos de ΔDR=R menores que os encontrados na literatura.