Filmes finos multiferroicos de BiFeO$_3$: produção, estrutura e magnetismo

O BiFeO$_$ (BFO) é um material multiferroico amplamente estudado por combinar antiferromagnetismo e ferroeletricidade a 300 K. Características de interesse para possíveis aplicações tecnológicas, principalmente em memórias magnéticas baseadas no controle da magnetização através do campo elétrico. Em filmes finos, nanopartículas ou nanoestruturas, o BFO apresenta um ferromagnetismo fraco cuja origem ainda é debatida. Parte da controvérsia provém da dificuldade de encontrar o BFO em estado puro e da sensibilidade das propriedades com as condições de fabricação, sendo a atmosfera uma delas. Em filmes finos é comum usar uma atmosfera de oxigênio, para evitar a presença de vacâncias de $O_2$ que podem alterar as propriedades elétricas, porém promove a presença de outras fases diferentes ao BFO. Em este trabalho de doutorado foi estudado filmes finos no multiferroico BiFeO$_3$ variando as condições de fabricação, baseado principalmente no controle da atmosfera através de várias etapas, e complementado com um estudo estrutural e magnético. Primeiro foram elaborados filmes finos sem controle da atmosfera, encontrando purezas entre 70% e 85% em BFO. Em uma segunda etapa foram fabricados filmes usando uma atmosfera misturada com pressões parciais de oxigênio e argônio, com a finalidade de observar a influência das taxas O$_2$:Ar na aparição de fases espúrias. Na terceira etapa os filmes foram elaborados em atmosfera de argônio, livre de oxigênio, com tratamento térmico em atmosfera aberta, permitindo conseguir purezas acima do 91%. E por último foram fabricados filmes usando uma atmosfera de argônio, inclusive no tratamento térmico, encontrando uma pureza do 100% e com uma alta magnetização. As duas últimas etapas revelam um processo de fabricação diferente do recomendado pela literatura científica. Revelando em seus estudos estruturais e magnéticos, a presença de um ferromagnetismo fraco originado maioritariamente por uma combinação de frustração magnética, ocasionada pelo tamanho de grão, e vacâncias de oxigênio que geram uma interação magnética adicional do tipo{\it double exchange} entre íons Fe$^{3+}$ - O$^{2-}$ - Fe$^{2+}$.