[pt] Neste trabalho foram preparadas multi-camadas supercondutor(SC)/
ferromagneto(FM) Nb/Co via pulverização catódica (Magnetron Sputtering).
O principal objetivo é estudar o efeito de diferentes espessuras da camada
ferromagnética (Co) nas propriedades supercondutoras do Nb. Era esperado
que, após tratamentos térmicos, as camadas de Co formassem um plano de
nanopartículas magnéticas ordenadas, cujo efeito deve ser muito diferente das
nanopartículas aleatoriamente orientadas e camadas magnéticas continuas. As
microestruturas foram investigadas por Difração de Raios-X em baixos ângulos
(LAXRD), Microscopia de Força Atômica (AFM) e Microscopia Eletrônica
de Transmissão (TEM). Propriedades magnéticas e de transporte tem sido
estudadas com o Sistema de Medição de Propriedade Físicas (PPMS), da
empresa Quantum Design. As medidas magnéticas e de transporte mostram
que, com o aumento da espessura das camadas de Co, a temperatura de
transição supercondutora (Tc) aumenta significativamente para as amostras
como preparadas. Foi relatado na literatura que quando a espessura das
camadas magnéticas da ordem de alguns nanômetros, a Tc aumenta e diminui
periodicamente com o aumento da espessura das camadas magnéticas. No
entanto, nesta pesquisa, a espessura das camadas magnéticas é de dezenas
de nanômetros, sendo muito maior do que este alcance e portanto, não pode
ser explicado baseando-se no mesmo modelo. Propusemos que a rugosidade da
interface entre as camadas de Co e Nb desempenha um papel importante para
este comportamento. Os resultados de AFM e XRD mostram que a rugosidade
máxima da interface é da ordem de 7 a 10 nm, o que é comparável à espessura
de camadas de Co (de 5 a 20 nm). Introduzimos um parâmetro R igual a d,
onde R é a rugosidade da interface e d é a espessura da camada magnética,
para discutir o efeito da interface sobre as propriedades supercondutoras da
nossa amostra. Quando delta maior que 1, a camada magnética pode ser considerada uma
forma não-continua e somente quando delta menor que 1, as camadas magnéticas continuas
podem ser formadas. Com base em observações de topografia de interfaces
na nano-escala , podemos compreender que primeiro a rugosidade aumenta a
área da interface, resultando em um efeito de proximidade mais forte, além
de aumentar o efeito do campo de dispersão na Tc. Este efeito depende não
somente da rugosidade, mas também da espessura da camada magnética.
Verificou-se que o parâmetro determina o efeito das camadas magnéticas.
As diferentes propriedades magnéticas abaixo da Tc para diferentes amostras
também pode ser explicada por este modelo. Após o tratamento térmico, a Tc
das amostras diminuiu e as propriedades magnéticas também se tornam piores
do que as amostras como preparadas. Os resultados de TEM mostram que as
camadas de Co estam interconectadas e depois do recozimento não há indícios
de interdifusão entre as camadas Nb e Co. Mais medidas são necessárias
para verificar se as camadas magnéticas podem induzir vórtices espontâneos,
assim como para explicar a diferença entre as amostras com nanopartículas
magnéticas ordenadas comparadas com aquelas orientadas aleatoriamente. / [en] In this work we prepared Superconductor(SC)/ferromagnet(FM) Nb/Co
multi-layers with magnetron-sputtering. The main purpose of this work is to
study the effect of different shape of ferromagnetic layers on the superconducting
properties of Nb. We expected that after annealing the Co layers can form
in-plane ordered magnetic nanoparticles and the effect of ordered magnetic
nanoparticles should be very different from randomly oriented nanoparticles
and continues magnetic layers. The microstructures have been investigated
by means of Low Angle X-ray Diffraction (LAXRD), Atomic Force Microscopy
(AFM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Magnetic and
transport properties have been studied with Physical Property Measurement
System (PPMS) from Quantum Design. The magnetic and transport measurements
show that with increase of the thickness of Co layers the superconducting
transition temperature (Tc) signifficantly increases for the as-prepared samples.
It was reported in the literature that when the thickness of the magnetic layers
is in the range of several nanometers, Tc increases and decreases periodically
with the increase of the thickness of the magnetic layers. In our samples, however,
the thickness of the magnetic layers (several tens nanometers) is much
larger than that range and therefore, cannot be explained within the same
model. We proposed that the roughness of the interface between Co and Nb
layers plays an important role for this behavior. The AFM and LAXRD results
show that the maxim roughness of the interface is in the range of 7 until 10 nm,
which is comparable to the thickness of Co layers (5 until 20 nm). We introduced
one parameter R equal d, where R is the roughness of the interface and d is
the thickness of the magnetic layer, to discuss the effect of the interface on
the superconducting properties of our sample. When delta more 1, the magnetic layer
may be in a non-continues form and only when delta less1 continues magnetic layers
can be formed. Based upon nano-scale observations of interfaces topography
we can understand that the roughness first increases the area of the interface,
which gives stronger proximity effect and, second, enhances the effect of the
stray eld on Tc. This effect depends not only the roughness but also the thickness
of the magnetic layer. It was found out that the parameter determines
the effect of the magnetic layers. The different magnetic properties below Tc
for different samples can also be explained by this model. After annealing, Tc
of the samples decreased and magnetic properties also became worse than the
as-prepared samples. The TEM results show that the Co layers is interconnected
and after annealing there is no indication of interdiffusion between Nb and
Co layers. More measurements are needed to see if the magnetic layers can
induce spontaneous vortices and what the difference is between samples with
ordered and randomly oriented magnetic nano-particles.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:20721 |
| Date | 21 November 2012 |
| Creators | LIYING LIU |
| Contributors | IVAN GUILLERMO SOLORZANO NARANJO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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