Estudo do crescimento e propriedades magnetoelásticas de filmes finos de Fe em Ag

Abstract

Esta dissertação de mestrado visa estudar o crescimento epitaxial e as propriedades magnetoelásticas de filmes finos de Fe sobre Ag. No crescimento epitaxial as camadas atômicas frequentemente ficam distorcidas devido ao descasamento entre as distâncias atômicas dos materiais envolvidos. Neste trabalho, nós medimos a curvatura gerada no substrato de Ag, devido as tensões decorrentes das distorções durante o crescimento do filme de Fe. Nessa técnica a curvatura é medida por deflexão de feixe óptico, em que o próprio substrato é o cantiléver. A tensão observada nos filmes depositados a temperatura ambiente tem um valor médio de 2,1 GPa, ao passo que o valor calculado pelo descasamento dos materiais é 1,7 GPa. Além da diferença na magnitude, a curva de tensão apresenta um comportamento não monotônico, que tem clara dependência com a temperatura de deposição, o que reforça a idéia de interdifusão entre os materiais. A interdifusão foi estudada com espectros Auger, comparando-se a proporção relativa entre átomos de Ag e Fe na superfície do filme; a razão Ag/Fe dos picos de intensidade diminui com o crescimento, mas persiste mesmo para filmes espessos (30 monocamadas), o que não acontece para filmes crescidos em baixas temperaturas. Com base nos resultados de espectroscopia Auger, concluímos que o comportamento não-monotônico da tensão está associado à presença de segregação/interdifusão entre Fe e Ag a temperatura ambiente. Na segunda parte do trabalho estudamos o acoplamento magnetoelástico dos filmes crescidos de Fe sobre Ag. Em filmes finos o acoplamento magnetoelástico é descrito pelos coeficientes magnetoelásticos, que podem ser encontrados experimentalmente através da variação da tensão do filme na presença de campo magnético. Com isso foram feitas medidas de curvatura devido a tensão induzida pela reorientação magnética através de um campo magnético externo. Os resultados obtidos para diferentes espessuras do filme de Fe mostram que os coeficientes B1 diferem do valor conhecido para o Fe na forma volumétrica. Medidas para filmes crescidos a diferentes temperaturas mostraram que o valor do coeficiente magnetoelástico caí drasticamente na ausência de interdifusão (baixas temperaturas).<br>

Abstract : This dissertation aims to study the epitaxial growth and magnetoelastic properties of thin films of Fe on Ag. Atomic layer epitaxial growth often become distorted due to the mismatch between the atomic distances of the materials involved. In this study, we measured the bending of Ag substrate due to induced stress from strain in the Fe film growth, in this technique the curvature is measured by deflecting optical beam, wherein the substrate is the own cantilever. The stress observed in films deposited at room temperature has an average value of 2.1 GPa, whereas the calculated value by the misfit of the material is 1.7 GPa. Apart from the difference in the magnitude of the curve, the stress of the film has a non-monotonic behavior, which has clear dependence on the deposition temperature. This reinforces the idea of interdiffusion between the materials. The interdiffusion was studied by Auger spectroscopy, comparing the relative ratio of Ag and Fe atoms on the surface of the film, the Ag / Fe ratio of the peak intensity decreases as decrease the temperature of growth, but persists even for thick films (30 monolayers), which is not true for films grown at low temperatures. Based on the results of Auger spectroscopy, we concluded that non-monotonic behavior of stress is associated with the presence of segregation / interdiffusion between Fe and Ag at room temperature. In the second part of the study the magnetoelastic coupling of Fe films grown on the Ag. In thin films, the magnetoelastic coupling is described by the magnetoelastic coupling coefficients, which can be found experimentally by difference of the stress on the film by switching the external magnetic field. Thus measurements were made of curvature due to the induced stress by the magnetic reorientation. The results obtained for different thicknesses of the Fe film show that the coefficients B1 differ from the known value for Fe bulk. Measures for films grown at different temperatures showed that the value of the magnetoelastic coefficient drops sharply in the absence of interdiffusion (low temperatures).