Manipulação das direções de anisotropias magnéticas em válvulas de spin depositadas em incidência oblíqua.

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dc.contributor.advisor1Caetano, Edson Passamani
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000213102749
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9401385573887851
dc.contributor.authorKrohling, Alisson Carlos
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-8659-4166
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8150122223065205
dc.contributor.referee1Sommer, Rubem Luis
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0690-9971
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7705036710106784
dc.contributor.referee2Fernandes, Antonio Alberto Ribeiro
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-8261-9717
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4696507759154477
dc.contributor.referee3Macedo, Waldemar Augusto de Almeida
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-5451-9965
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7877747460307517
dc.contributor.referee4Bueno, Thiago Eduardo Pedreira
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5243363621794078
dc.contributor.referee5Nascimento, Valberto Pedruzzi
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000000295435335
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/9908042258225541
dc.date.accessioned2024-05-30T00:48:37Z
dc.date.available2024-05-30T00:48:37Z
dc.date.issued2019-08-30
dc.description.abstractUsing DC magnetron sputtering, with confocal magnetron configuration, an experimental method was developed to set controlled non-collinear anisotropy axes in ferromagnetic layers of Si(100)/Cu(8nm)/Py(10nm)/Cu(5nm)/Co(10nm)/IrMn(8nm)/ /Cu(3nm) morphologically modified spin valve heterostructures. The different morphologies were induced by keeping the sample holder: either (i) spinning, producing layers with random crystalline grains, or (ii) static, a condition where the shadowing effect arises from the oblique angle incidence of the sputtered atoms, producing layers with columnar grains orientated in convenient directions. In this sense, Cu and Py layers were always deposited with in-phase columnar grain orientations, the Cu spacer layers were prepared either with out-of-plane columnar grain structures or in-plane random grains and the Co and IrMn layers columnar grains were orientated in different directions relative to the Py layer. Due to these columnar structures: (i) an artificial roughness emerged between the Py and Cu spacer layers and (ii) large uniaxial magnetic anisotropies, with pre-set directions, were stablished in the Py and Co layers. It was possible to establish the angle between the anisotropy axes directions of the Py and Co layers in a continuous interval from zero to 90°, resulting in a non-collinear magnetic coupling of structures. These types of artificial magnetic structures are not found in conventional spin valve devices with passive spacers in which the magnetic coupling is basically governed by bilinear and biquadratic spin interactions. The Co and Py interlayer magnetic couplings and the anisotropy axes directions of the ferromagnetic layers were strongly changed due to an artificial roughness induced by the misalignment of the layer’s columnar grains and/or due to the different Cu spacer morphology induced during the deposition. The different angles of the uniaxial anisotropies of the Py and Co layers as well as of the unidirectional anisotropy at the Co/IrMn interface are deeply dependent on the type of grain structures (columnar or random) and roughness of the Co/IrMn interface of spin valves. Magnetoresistance results are independent on Cu layer morphologies, producing a value of 2.5 % for 5 𝑛𝑚 thick Cu spacer. In brief, the methodology that we present here for spin valve preparation allows an extra control over the magnetism of the spin valve heterostructures, which can be promising for technological applications New studies, with thinner Cu spacer layer (or other metal) are required to show further applications of this type of spin-valve system
dc.description.resumoUtilizamos a técnica de magnetron sputtering com configuração confocal das magnetrons, desenvolvemos um método para controle dos eixos de anisotropias em acoplamentos não colineares entre as camadas ferromagnéticas de válvulas spin Si(100)/Cu(8nm) /Py(10nm)/Cu(5nm)/Co(10nm)/IrMn(8nm)/Cu(3nm) modificadas morfologicamente pela deposição por sputtering oblíquo. Induzimos dois diferentes tipos de morfologias mantendo o porta-amostra: (i) rotacionando, produzindo camadas com grãos aleatórios cristalinos, ou (ii) estática, condição onde o efeito de sombreamento (shadowing effect) surge da incidência do ângulo oblíquo dos átomos ejetados, produzindo camadas com grãos colunares orientados em direções predeterminadas por esta inclinação. As camadas semente (buffer) de Cu(8nm) e a camada de Py(10nm) foram sempre depositadas em fase, com as mesmas orientações dos grãos colunares; a camada espaçadora de Cu(5nm) foi depositada com dois tipos de estruturas, uma com grãos colunares fora do plano (substrato parado), e a outra com os grãos orientados aleatoriamente no plano (substrato rodando), enquanto os grãos das camadas de Co e IrMn foram orientados em diferentes direções, relativo à camada de Py. Devido a essas estruturas colunares: (i) induzimos uma rugosidade artificial entre as camadas de Py(10nm) e a camada espaçadora de Cu(5nm) e (ii) estabelecemos anisotropias magnéticas uniaxiais, com direções predeterminadas nas camadas Py e Co. Estabelecemos uma gama de ângulos entre as direções dos eixos de anisotropias das camadas de Py e Co em um intervalo de 0° até 90°, resultando em um acoplamento magnético não colinear das válvulas de spins. Estes tipos de estruturas magnéticas artificiais não são encontrados em dispositivos de válvulas de spin convencionais com espaçadores passivos, em que o acoplamento magnético é basicamente governado pelas interações de troca bilinear e biquadrática. Os acoplamentos de troca entre as camadas de Py e Co e as direções dos eixos de anisotropias das camadas ferromagnéticas foram fortemente modificadas devido à rugosidade interfacial, induzida pelo desalinhamento dos grãos colunares das camadas, e/ou devido à diferença da morfologia do espaçador de Cu, induzida durante a deposição. Os diferentes ângulos das anisotropias uniaxiais das camadas de Py e Co, assim como a anisotropia unidirecional da interface de Co/IrMn, são profundamente dependentes do tipo de estrutura dos grãos (colunares ou aleatórios) e da rugosidade da interface Co/IrMn das válvulas de spin. Os resultados de magnetorresistência são independentes da morfologia da camada espaçadora de Cu(5nm), produzindo um valor médio de 2,5% semelhante aos valores reportados na literatura para esse sistema. Em síntese, a metodologia que nós desenvolvemos neste trabalho para a preparação das válvulas de spins, permitiu um controle extra sobre o magnetismo dessas heteroestruturas que podem ser promissoras para aplicações tecnológicas. Novos estudos para espessuras menores da camada do espaçador de Cu (ou outro metal espaçador) são necessárias para viabilizar futuras aplicações destas válvulas de spins.
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/13770
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Física
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física
dc.rightsopen access
dc.subjectAnisotropias magnéticas
dc.subjectVálvulas de spin
dc.subjectMagnetismo
dc.subjectMagnetic anisotropies
dc.subjectSpin valves
dc.subjectMagnetism
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqFísica
dc.titleManipulação das direções de anisotropias magnéticas em válvulas de spin depositadas em incidência oblíqua.
dc.title.alternativeManipulation of magnetic anisotropy directions in spin valves deposited at oblique incidence.
dc.typedoctoralThesis
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