Mecanismos de relaxação em filmes magnéticos à base de FeSiB: um estudo por ressonância ferromagnética de banda larga

Nessa tese foi investigado o efeito do tratamento térmico nas propriedades estruturais e magnética de filmes do tipo Finemet, os quais foram obtidos a partir da cristalização parcial de filmes com composição Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9. Os filmes foram produzidos por RF Magnetron Sputtering com espessuras de 100 nm, 200nm e 500 nm. Tais filmes foram submetidos a tratamento térmico em forno convencional sob alto vácuo por 1 hora. As propriedades estruturais foram investigadas por Difração de Raios-X na geometria de incidência rasante (GIXRD), enquanto que as propriedades magnéticas foram determinadas por medidas de curvas de histerese e de absorção de FMR em banda larga. As curvas de histerese foram obtidas a partir de um magnetômetro de Amostra Vibrante (VSM) e as medidas de absorção de microondas foram obtidas por experimento de ressonância ferromagnética (FMR) em banda larga com um analisador de rede vetorial. Os picos de difração foram ajustados usando uma função voigt, de forma que o tamanho de grão (ζ) e a microdeformação (ε) foram obtidos a partir das contribuições lorentzianas e gaussianas da larguras de linha, enquanto que o parâmetro de rede foi obtido pela lei de Bragg. A partir da curva de histerese foi obtida a evolução da coercividade (HC), do campo de anisotropia (HA), da distribuição de anisotropia e da magnetização de saturação (Ms) com a temperatura de recozimento. A partir do ajuste do espectro de absorção de FMR investigamos o efeito do tratamento térmico e da espessura na relação dispersão dos modos de ressonância e os processos de relaxação e alargamento da largura de linha de FMR. De forma que a dependência entre a frequência e o campo de ressonância foi descrita pela relação de dispersão de Kittel e os processos de relaxação e alargamento da largura de linha e FMR foram determinados a partir do comportamento da largura de linha de FMR em função da frequência de excitação. Para os filmes de 100nm e 200nm observamos que o processo de cristalização é determinado pelo nível de stress compressivo causado pela diferença de expansão térmica entre o substrato e o filmes. Tal stress pode ser reduzido com tratamento térmico a temperatura próximas de 350°C. Observamos que, para o filme de 500 nm, o processo de cristalização sofre pouca influência da deformação compressiva causada pela diferença de expansão térmica entre o substrato e o filme. Isso ocorre devido a espessura do filme. Pois, o maior volume de grãos cristalizando induz um aumento da deformação extensiva causada pelo crescimento do grão que compete com a deformação compressiva. Para o filme de 100nm observamos que coercividade e o campo de anisotropia é reduzido para HC = 2.8 Oe e HA = 7.5 Oe com o alivio de stress a 350°C. O filme de 200nm mostrou que a coercividade e a anisotropia são determinadas pelo nível de stress compressivo, o qual por sua vez controla o tamanho de grão. Em relação ao filme de 500nm observamos uma redução da coercividade e do campo de anisotropia para HC = 1.5 Oe e HA = 16.1 Oe com o tratamento térmico realizado a TA = 500°C. Tal efeito se deve ao crescimento de grãos nanométricos de α-Fe1-xSix que aliviam o stress causado pela deformação compressiva e reduzem a anisotropia magnetocristalina. Nós correlacionamos o efeito do stress não uniforme obtido por GIXRD com a largura de linha de FMR devido a não homogeneidade do campo efetivo (∆HINO). Nas amostras de 100nm sem tratamento térmico e tratadas na faixa de temperatura de TA = 100°C a TA = 400°C observamos que a largura de linha de FMR devido aos mecanismo de relaxação de Gilbert (∆HG) e espalhamento dois mágnons (∆HTMS) são da mesma ordem, enquanto que a largura de linha devido a não homogeneidade é a principal contribuição (∆HINO). Observamos que a largura de linha (∆HINO) da amostra de 100nm é reduzida para 28 Oe com o alívio de stress na temperatura de tratamento de 350°C. No caso das amostras de 200nm e 500 nm, observamos que a largura de linha de FMR experimental (∆HEXP) é dominada pela contribuição ∆HINO. Além disso, observamos que para as amostras de 200nm e 500nm o comportamento da largura de linha de FMR experimental é determinada por uma função que descreve o efeito do mecanismo dois mágnons na largura de linha de amostras Bulk. Em geral, observamos que a largura de linha ∆HINO tende a ser a principal contribuição que por sua vez pode ser reduzida com o alívio de stress.