Spin orientation manipulation of antiferromagnetic CoO thin films through structural deformations

Autor(es)

Marina Raboni Ferreira

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2020-05-12

Membros da banca

Márcio Medeiros Soares; Felipe Bohn; Eduardo Granado Monteiro da Silva

• Orientador: Marcos César de Oliveira; Márcio Medeiros Soares

Resumo

A spintrônica é uma área de pesquisa na qual o spin eletrônico é utilizado como o grau de liberdade para o transporte, processamento e armazenamento de informações. Recentemente, muitos estudos focados na utilização de filmes finos antiferromagnéticos (AFM) como camadas ativas em dispositivos spintrônicos vêm sendo desenvolvidos. Embora os materiais AFM apresentem várias propriedades interessantes, tais como robustez contra perturbações por campos magnéticos e dinâmica de spins ultrarrápida, a manipulação dos momentos magnéticos nesses materiais é desafiadora. Uma abordagem que busca superar isso é a aplicação de deformações estruturais controladas na estrutura cristalina desses filmes finos. Essas deformações promovem alterações na anisotropia magnetocristalina desses materiais, que levam à mudança da orientação do eixo dos spins. Portanto, o objetivo desse trabalho de mestrado é a possibilidade de manipular a orientação de spins em filmes finos antiferromagnéticos de Óxido de Cobalto (CoO) a partir da aplicação de deformações macroscópicas. Com esse propósito, filmes finos policristalinos de CoO foram depositados sobre substratos cruciformes flexíveis de Kapton utilizando a técnica de Magnetron Sputtering. Para realizar deformações extensivas e compressivas nesses filmes, nós desenvolvemos um instrumento de aplicação de tensão biaxial: o 2D-MASI (Bi-axial Multi Analysis Strain Instrument). Esse dispositivo é compatível com diversas técnicas de luz síncrotron (e.g. Difração de raios-X e Espectroscopia de Absorção de raios-X) e ambientes de amostra (e.g. baixas temperaturas e alto vácuo). A deformação da estrutura cristalina da amostra foi caracterizada através de medidas in-situ de Análise de Tensão por Raios-X (do inglês XSA). Utilizando essa técnica, nós observamos que, ao aplicar uma deformação biaxial extensiva no plano da amostra, houve um aumento nas distâncias interplanares (dhkl) ao longo do plano, simultaneamente a uma contração fora do plano. Além disso, durante experimentos de contração do filme ao longo de uma direção, nós observamos o comportamento contrário: contração no plano e extensão fora do plano. Finalmente, com o objetivo de conectar os resultados obtidos através de XSA com o comportamento magnético da amostra, nós realizamos experimentos de dicroísmo linear magnético de raios-X (XMLD). Durante esses experimentos, nós adquirimos diversos espectros de absorção para os diferentes estados de deformação da amostra. Analisando as variações de intensidade dos picos desses espectros com a deformação mecânica, pudemos concluir que as alterações estruturais de fato promoveram mudanças de orientação no eixo magnético da amostra. Mais especificamente, a análise das medidas de XMLD a baixa temperatura sugere uma tendência de orientação dos spins do CoO paralela à direção em que o filme se encontra mais contraído (AU)

• Processo FAPESP: 18/12926-9 - Manipulação da orientação de spins em filmes finos antiferromagnéticos por deformações estruturais
• Beneficiário: Marina Raboni Ferreira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado