Estudo da influência da magnetização em vórtice no transporte de spin em silício

Abstract

Vórtices magnéticos tem sido alvo de intensa investigação nos últimos anos devido a possibilidades de aplicação em diversas áreas, como dispositivos lógicos, de memórias e até mesmo em combate ao câncer. Este trabalho tem como objetivo estudar e caracterizar estes vórtices em dois sistemas diferentes e suas possíveis aplicações como eficientes injetores e coletores de spin em semicondutores, sendo utilizadas para tal fim medidas de magnetorresistência Gigante (GMR) nos dispositivos híbridos laterais investigados. As duas amostras utilizadas são redes de discos de níquel evaporados sobre silício, construídos por litografia, e um sistema de aglomerados de permalloy eletrodepositados sobre silício. Para caracterizar a magnetização foram utilizadas diversas técnicas, como medidas de Magneto-optic Kerr Effect (MOKE) e de magnetorresistência (em configurações locais e não locais), além de ressonância ferromagnética e estudos teóricos feitos através de simulação com Mumax para determinar o estado fundamental e a histerese deste tipo de sistemas. Nossa proposta é de que este tipo de magnetização em vórtice é mais eficiente para medidas de GMR em comparação aos eletrodos ferromagnéticos compostos por monodomínio unidirecionais, pois não é necessário o uso de uma camada antiferromagnética para fazer o pinning de um dos contatos ferromagnéticos, já que os vórtices em rede se alinham antiferromagnéticamente no estado fundamental para minimização de sua energia. Foi possível observar o sinal de GMR mesmo em distâncias de 100 μm, que estão muito acima dos valores usualmente encontrados na literatura, característica que traz grande potencial destes sistemas em aplicações práticas.

Magnetic vortex have been subject of intense investigation in the past years due to the several possibilities of application in many areas of interest, such as logic and memory devices and even in cancer treatment. This work aims to study and characterize these vortex in two different systems and its possible applications as efficient spin injectors and collectors in semiconductors, being used for this purpose giant magnetoresistance measurements in the lateral hybrid devices. The two samples used are an array of nickel disks evaporated over silicon made by lithography technique and a system of Permalloy clusters electrodeposited over silicon. To characterize the magnetization several techniques were used, such as Magneto-optic Kerr Effect (MOKE) and magnetoresistance measurements (both local and non-local), ferromagnetic resonance, and a theoretical study using Mumax simulations to determine the fundamental state and the hysteresis of this kind of systems. Our proposal is that these vortex magnetizations are more efficient for GMR measurements than mono domain ferromagnetic electrodes since it is not necessary the use of an antiferromagnetic layer to pin one of the contacts, since the vortex array align in an antiferromagnetic structure to minimize its energy. It was possible to measure a clear signal of GMR even in distances around 100 μm, which are far greater than the values usually found in the literature, facts that bring much potential for these systems in new applications.