Anisotropia Magnética e Acoplamento de Troca em Multicamadas de Metais de Transição

Nesta tese é apresentado um estudo das propriedades estruturais, do acoplamento de troca e da anisotropia magnética em multicamadas compostas por metais de transição 3d e suas ligas separados por elementos de transição 3d, 4d ou 5d. Os sistemas de multicamadas escolhidos foram as tricamadas NiFe/V/NiFe e as multicamadas Co/Ru, Fe/Cr e Co/Pt. A técnica empregada na fabricação dos filmes foi a pulverização catódica por magnetron. Para determinar as propriedades estruturais das amostras, foi usada a difração e a reflectividade de raios-X (DRX) e os fenômenos magnéticos foram estudados com dicroísmo magnético circular de raios-X (XMCD), ressonância ferromagnética (FMR), medidas de magnetização obtidas com um magnetômetro SQUID e medidas de magnetorresistência. No sistema NiFe/V/NiFe, foi investigado o acoplamento de troca indireto entre as camadas de NiFe bem como sua dependência com a espessura do V e a anisotropia magnética das tricamadas. Foi observado um acoplamento ferromagnético para uma espessura de 0.5 nm de V, que está relacionado com uma diminuiçãao do momento de spin do Fe. As camadas de NiFe separadas por espessuras maiores de V se comportaram como camadas desacopladas desde o ponto de vista da FMR e apresentaram campos de anisotropia efetiva diferentes. Para o sistema Co/Ru inicialmente foi feito um estudo do acoplamento de troca entre as camadas de Co em função da espessura das camadas de Ru, através de medidas de magnetorresistência e do campo de saturação, visando obter um sistema estável com propriedades já reportadas. Através das análises com FMR, foram determinadas as contribuições de interface e de volume para energia de anisotropia, bem como a espessura crítica abaixo da qual o eixo de fácil magnetização orienta-se perpendicularmente ao plano. Neste sistema, duas fases magnéticas com anisotropias diferentes foram observadas, uma das quais é atribuída às camadas de Co e a origem da segunda se deve, provavelmente, a regiões do Co nas interfaces com Ru, com magnetização efetiva menor, porém, uma explicação definitiva ainda não foi encontrada ficando, portanto, como uma questão aberta. No sistema Fe/Cr foi estudada a polarização induzida de spin do Cr nas interfaces com Fe, abordando dois procedimentos experimentais. O primeiro consistiu em remover camadas finas de material da superfície da amostra com ciclos de sputtering in situ (bombardeio com ions de Ar), para diminuir a separação superfície - primeira interface. No segundo procedimento, foram reproduzidas amostras com a mesmas características, com sua camada protetora de Cr, depositada com diferentes espessuras, com o intuito de obter diferentes separações entre a superfície da amostra e a primeira interface Fe/Cr. Desta maneira a única diferença entre os dois procedimentos é o uso de bombardeio com ions de Ar. Os resultados respectivos quanto ao magnetismo do Fe e do Cr foram comparados e discutidos. No sistema Co/Pt foi estudado o fenômeno da anisotropia magnética perpendicular. A espessura das camadas de Co para este sistema foi de poucas camadas atômicas (entre 0.3 e 1 nm) e a espessura da camada de Pt foi mantida constante em 1 nm. Foi possível observar uma mudança gradativa da orientação do eixo de difícil magnetização em relação à normal ao plano dos filmes em função da espessura das camadas de Co bem como obter os respectivos campos de anisotropia efetiva, que determinam se o eixo fácil está orientado paralelo ou perpendicular ao plano.