Propriedades estruturais e magnéticas de nano-clusters de Fe em filmes de Yb

Neste trabalho, propriedades estruturais e magnéticas de nano-clusters de Fe em filmes de Yb, preparados por congelamento de vapor sobre substratos Kapton à temperatura ambiente (RT), são estudadas. Trabalho preliminar, sobre impurezas muito diluídas de Fe em Yb, é complementado para concentrações mais altas de Fe, variando a espessura e a concentração de Fe, usando vários métodos experimentais. As propriedades estruturais são investigadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e absorção de raios X. O objetivo da primeira parte deste trabalho é estudar a microestrutura de filmes de Yb puro e dopados com Fe, deste modo, compreender os efeitos induzidos pela incorporação do Fe na estrutura do Yb. A DRX revela uma coexistência de estruturas tipo-fcc e -hcp de Yb, sendo a estrutura tipo-fcc a de contribuição dominante. Existe uma aparente dependência com a espessura da fração volumétrica relativa fcc/hcp no caso de filmes de Yb puro. Os clusters de Fe não têm nenhuma influência sobre a fração fcc/hcp. No entanto, eles induzem um efeito de textura cristalina na matriz.Análise por EXAFS indica uma ordem de curto alcance para átomos de Fe, o que é consistente com clusters de Fe de tamanho nanométrico. Um modelo esquemático é proposto para a microestrutura dos filmes de Yb e dopados com Fe, incluindo as estruturas fcc-Yb e hcp-Yb, bem como a distribuição de Fe na matriz Yb. As propriedades magnéticas foram investigadas por espectroscopia Mössbauer, FMR, e medidas de magnetização. Espectros Mössbauer à temperatura ambiente revelam três componentes paramagnéticos, que ordenam-se magnéticamente a 4.2 K. Especificamente, espectros Mössbauer a baixa temperatura mostram uma ampla distribuição de campos magnéticos hiperfinos, que pode ser atribuída à interações não homogêneas entre os clusters. Resultado compatível com os dados de susceptibilidade que sugerem um comportamento de congelamento de spin com uma fraca interação entre clusters a temperaturas abaixo de 20 K. O fator-g, determinado por experimentos FMR, depende da concentração de Fe, com valores inferiores aos encontrados para o Fe metálico (bulk). A dependência com a temperatura das propriedades magnéticas, usando experimentos Mössbauer bem como medidas de magnetização AC e DC, revelam dois tipos de clusters de Fe, com simetria não cúbica, que estão associados com clusters localizados nos contornos de grão de Yb. Além disso, experimentos Mössbauer com- e sem-campo magnético aplicado indicam que as interações dentro dos clusters de Fe são predominantemente tipo-ferromagnético e seus momentos magnéticos médios são da ordem de 80 μB. Como sugerido por dados de magnetização AC e Mössbauer, os clusters de Fe apresentam um estado superparamagnético acima de 20 K, enquanto que seu comportamento magnético abaixo desta temperatura é típico de sistemas tipo cluster-glass, com fraca interação entre eles. Magnetização em função do tempo foi estudada e também revela comportamento tipo-cluster-glass com uma sobreposição de diferentes mecanismos de relaxação.