Estudo da magnetização estática e dinâmica de clusters de Fe – Ni obtidos via eletrodeposição

Abstract

Alguns ferromagnetos nanométricos atingem o estado fundamental ordenando os seus ́atomos, em relação ao spin residual, em um arranjo rotacional em torno de uma região cujo spin resultante permanece orientado perpendicular aos demais, esta configuração ́e chamada de vórtice magnético. Ultimamente, propõe-se utilizar sistemas que apresentem este tipo de magnetização na produção de sensores e/ou memórias magnetorresistivas com gravação em multinível. Trabalhos onde se verifica a magnetização em vórtice em nanodiscos ferromagnéticos são facilmente encontrados na literatura, porém a fabricação de tais sistemas exigem técnicas de litografia e crescimento de filmes que além de encarecerem o processo de produção, exigem ambientes controlados que dificultam o uso destes em aplicações tecnológicas. Além disso, nanodiscos possuem uma limitação geométrica para o surgimento do estado de vórtice, seu diâmetro mínimo deve ser de aproximadamente 150 nm, impossibilitando a produção de dispositivos com alta densidade de elementos. Neste trabalho estudou-se a magnetização de clusters de Fe-Ni obtidos via eletrodeposição por estes apresentarem a configuração de vórtice magnético em menores diâmetros, devido à sua curvatura. Há trabalhos na literatura que verificam a presença de vórtices magnéticos em clusters de permalloy através de simulações micromagnéticas e medidas de histerese magnética. Para as amostras fabricadas neste trabalho, medidas elétricas e imagens de microscopia eletrônica foram feitas para caracterizar a morfologia da liga de Fe-Ni. Constatou-se que para tempos de eletrodeposição abaixo de 10 segundos, ocorre a formação dos clusters com geometria aproximadamente hemisférica com diamêtro inferior a 150 nm. Medidas de histerese magnética e de ressonância ferromagnética foram feitas e comparadas com resultados obtidos via simulações micromagnética. Em ambos os casos os resultados experimentais confirmam a presença de vórtices magnéticos.

Some nanometer ferromagnets reach the ground state by ordering their atoms, in relation to the residual spin, in a rotational arrangement around a region whose total spin remains oriented perpendicular to the others, this configuration is called a magnetic vortex. Recently, it has been proposed to use systems that present this type of magnetization in the production of sensors and / or magnetoresistive memories with multilevel recording. Studies in which vortex magnetization occurs in ferromagnetic nanodiscs is easily found in the literature, however such systems require lithographic and film growth techniques which, in addition to making the production process more expensive, require controlled environments that hinder the use of systems in technologi- cal applications. In addition, nanodiscs have a geometric limitation for the appearance of the vortex state, their minimum diameter should be approximately 150 nm, making it impossible to produce high-density devices. In this work the magnetization of Fe-Ni clusters obtained th- rough electrodeposition was studied because they presented the configuration of magnetic vortex in smaller diameters, due to its curvature. There are papers in the literature that verify the presence of magnetic vortices in permalloy clusters through micromagnetic simulations and mag- netic hysteresis measurements. For the samples produced in this work, electrical measurements and electron microscopy images were made to characterize the morphology of Ni-Fe alloy. It was verified that for electrodeposition times below 10 seconds, the formation of clusters with appro- ximately hemispherical geometry with a diameter of less than 150 nm occurs. Measurements of magnetic hysteresis and ferromagnetic resonance were made and compared with results obtained via micromagnetic simulations. In both cases the experimental results confirm the presence of magnetic vortices.