anisotropia magnética perpendicular (pma) em filmes

ANISOTROPIA MAGNÉTICA PERPENDICULAR (PMA) EM FILMES
ULTRAFINOS DE COBALTO DEPOSITADOS SOBRE TRILHAS DE
OURO(1)
Gabriel Trindade dos Santos(2), André Gündel(3)
(1)
Trabalho executado com recursos do Edital 06/2015, da Pró-Reitoria de Pesquisa;
Bolsista IC do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq; Fundação Universidade
Federal do Pampa - UNIPAMPA; Bagé, RS; [email protected];
(3)
Orientador; Fundação Universidade Federal do Pampa - UNIPAMPA; [email protected];
(2)
Palavras-Chave: Anisotropia Magnética Perpendicular, Magnetização in-situ, Eletrodeposição in-situ.
INTRODUÇÃO
O desafio de conseguir aumentar a capacidade de gravação magnética de dados tem estimulado
inúmeras pesquisas de produção e caracterização de filmes magnéticos finos e ultrafinos. De acordo com
Gündel (2002), uma alternativa para aumentar a densidade de gravação é por meio da Anisotropia
Magnética Perpendicular (PMA), no qual a magnetização da amostra fica orientada perpendicularmente ao
plano da mesma. Estudos de Geshev et.al (2012) apresentam resultados de PMA obtidos em filmes
ultrafinos de cobalto (Co) sobre substratos planos de ouro (Au) obtidos por evaporação térmica.
O objetivo deste trabalho é realizar medidas de magnetização perpendicular (polar) em estágios
iniciais (primeiras camadas atômicas) de deposição de nanoestruturas de Co sobre substratos de Au(111)
obtidos a partir de CDs (compact discs) comerciais. Estes substratos tem sua superfície irregular, devido as
trilhas do CD, além de serem de baixo custo. É esperado obter resultados de PMA para os filmes
produzidos, analisar a relação da magnetização pela espessura depositada e observar a influência da
aplicação de campos magnéticos mais elevados durante as deposições.
METODOLOGIA
Os filmes foram eletrodepositados pela técnica potenciostática com três eletrodos, no qual um fio de
prata é usado como eletrodo de referência (RE), um fio de platina como contra eletrodo (CE) e como
eletrodo de trabalho (WE) CDs de Au(111). Os eletrodos são imersos em uma solução eletrolítica contendo
Co, sendo composta de: CoSO4 10-3 M, K2SO4 10-2 M, H2SO4 10-3 M, KCl 10-4 M e água MilliQ.
Para realizar a caracterização magnética dos filmes foi utilizado um Magnetômetro Óptico de Efeito
Kerr (MOKE) adaptado para medidas in-situ por eletrodeposição, ajustado na configuração perpendicular. O
principio de funcionamento do MOKE está baseado na rotação do eixo de polarização de um feixe laser
quando refletido sobre a superfície magnetizada de uma amostra, através de efeito Kerr. Esta rotação,
proporcional a magnetização da superfície, é captada por um fotodetector em função do campo magnético
externo aplicado perpendicularmente na amostra produzido por um eletroímã. Para o controle e aquisição
de dados do MOKE, rotinas foram desenvolvidas na plataforma HPVee.
O processo in-situ permite a realização de depósitos de materiais magnéticos e simultaneamente (em
tempo real) a caracterização magnética do material depositado. Para realizar este experimento uma célula
eletroquímica de dimensões reduzidas fica posicionada no centro do eletroímã do sistema MOKE, de modo
que a superfície do substrato fique perpendicular ao campo magnético aplicado pelo eletroímã, permitindo
que seja possível medir sua magnetização simultaneamente com o crescimento do filme.
Serão apresentadas imagens da superfície do CD de Au obtidas por microscopia de forca atômica
(AFM), nas dimensões de 5 µm x 5 µm, evidenciando as trilhas do CD e a rugosidade do substrato.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A caracterização eletroquímica dos filmes de Co/Au(111) foram realizadas por voltametria cíclica, na
taxa de varredura de 50 mV/s, a partir da qual foi determinado o melhor potencial de deposição do metal.
Para o sistema estudado, foi encontrado o potencial aproximado de -1,2 V/Ag e foi utilizado para a
deposição de todos os filmes. Através das imagens de AFM, observamos a dimensão lateral das trilhas, da
ordem de 1 µm e uma baixa rugosidade da superfície, comparável com os substratos contínuos de Au
obtidos por evaporação térmica controlada.
Os gráficos da figura 1 à esquerda apresentam o sinal da magnetização perpendicular em função do
Anais do 8º Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa
tempo de deposição. Algumas espessuras são também mostradas na figura. O gráfico da direita apresenta
o efeito do campo magnético aplicado no comportamento magnético do filme.
Figura 1: (Esquerda) Gráfico de M perpendicular x t de Co/Au(111) e a (Direita) Gráfico de M perpendicular x t de
Co/Au(111) para diferentes campos magnéticos aplicados.
Com relação à espessura (gráfico da esquerda) é observado que pico de magnetização ocorre nos
primeiros 3 segundos de deposição, onde a espessura do filme é de apenas 0,35 monocamadas (MC),
enquanto que em 60 s, ao final do processo de deposição, a espessura é de 3,9 MC. É interessante
observar que o sinal magnético é alto na faixa de espessura baixa (~ 0,35 MC). Conforme Geshev (2012),
isto se deve a efeitos de anisotropia que ocorrem no perímetro das ilhas magnéticas.
Após o pico, temos o aumento da espessura e um decaimento do sinal magnético, em razão de que
as camadas passam a ser depositadas com os momentos magnéticos no sentido paralelo a superfície,
devido a anisotropia magnética de forma. Em relação ao campo aplicado (gráfico da direita), ao elevarmos o
campo temos um aumento do sinal magnético no momento inicial da deposição do material e observamos
seu comportamento magnético com a variação do campo externo aplicado. Com o aumento de
aproximadamente 50% do campo é observado um aumento no pico da magnetização perpendicular e uma
elevação do sinal referente ao restante da deposição, devido a reorientação dos momentos magnéticos
paralelos.
CONCLUSÕES
Foi observado o pico da magnetização perpendicular para a espessura aproximada de 0,35 MC. Os
resultados alcançados são comparados com os apresentados na literatura utilizando substratos de Au com
superfície continua e mostram bastante semelhança entre as curvas obtidas. Os resultados também
mostram que o equipamento MOKE in-situ possui alta qualidade para medidas de filmes magnéticos
ultrafinos.
Como perspectivas futuras, uma camada de cobre será depositada para proteção dos filmes contra
oxidação, possibilitando estudos ex-situ. Estudos com deposições multicamadas também serão estudadas.
REFERÊNCIAS
GESHEV, J.; GÜNDEL, A.; ZAHARIEVA, I.; SCHMIDT, J. Edge atoms effects on the perpendicular anisotropy of ultrathin
magnetic layers. Applied Physics Letters,101,132407-1 – 132407-4, 2012.
GÜNDEL, A. Estudo das propriedades magnéticas e estruturais de filmes ultrafinos de Fe, Co e Ni/Au(111)
produzidos por eletrodeposição. 2002. 143p. Tese (Doutorado) – Curso de Doutorado em Física, Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2002.
SAVIDAND, G. Effets d’interfaces sur le retournement de l’aimantation de couches ultra-minces électrodéposées
de Co sur Au(111).Etude par MOKE et STM in-situ. 2007. Tese de Doutorado-Programa de Pós-Graduação em
Ciências dos Materiais, L’ecole Polytechnique.
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