Anisotropía magnética rotacional en películas delgadas de Fe_1-xGa_x. / Magnetic rotatable anisotropy in Fe_1-xGa_x thin films.

Di Pietro Martínez, Marisel (2014) Anisotropía magnética rotacional en películas delgadas de Fe_1-xGa_x. / Magnetic rotatable anisotropy in Fe_1-xGa_x thin films. Master in Physical Sciences, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.

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Abstract in Spanish

En las pelculas delgadas de Fe_1-xGa_x (FeGa), la magnetización se ordena con la componente perpendicular a la supercie de la muestra (M_z) organizada en dominios en forma de franjas y la componente en el plano (M_xy) orientada en una única dirección. Si se aplica un campo magnético paralelo al plano de la muestra (H), se podrá observar que la respuesta de M_xy es lineal, hasta que para un valor de H sucientemente grande, la magnetización queda toda en el plano. Este comportamiento es característico en muestras con este tipo de dominios. Además, si se aplica un campo de saturación, al retirarlo se podrá apreciar que las franjas han quedado alineadas en la dirección del campo. Este fenómeno es conocido históricamente como anisotropía rotacional. El objetivo de este trabajo es estudiar la anisotropía rotacional en las muestras de FeGa tanto desde un punto de vista experimental como teórico. En primer lugar, se estudiaron las curvas de M_xy en funcion de H utilizando para el análisis distintos modelos. Utilizando un modelo unidimensional en el espacio, se pudieron reproducir las mediciones experimentales. Se estimaron valores para el ancho de los dominios, ~ 100 nm, y para el de las paredes, ~ 15 nm. Luego, se realizaron experimentos de rotación de la magnetización en el microscopio de fuerza magnética, MFM, y en el magnetómetro de muestra vibrante, VSM, para estudiar el fenómeno de anisotropía rotacional tanto desde la componente de la magnetización perpendicular al plano como desde la componente paralela. Se encontró que la rotación de las franjas se da pasando por angulos intermedios y que existe una relación entre campo aplicado y orientación de las franjas. Además, se halló que al inicio de la rotación los momentos magnéticos del material rotan mas facilmente que las franjas en sí. Finalmente, se presentó un modelo teórico basado en el modelo φ 4 en el cual se plantea el acoplamiento de la componente perpendicular al plano de la magnetización con el campo aplicado en el plano. Se realizaron simulaciones para estudiar la dinámica de la rotación de los dominios, hallandose que la misma no es como la observada en los experimentos. Esto es así puesto que el fenómeno en este caso se produce por corte y reconexión de las franjas en lugar de pasar por ángulos intermedios. Se propuso la inclusión de un campo interno con desorden en la dirección como una forma de hacer aparecer esa dependencia de la orientación con el campo.

Abstract in English

In Fe_1-xGa_x (FeGa) thin films, the out-of-plane magnetization, M_z, forms a striped pattern while the in-plane magnetization, M_xy, is oriented in a single direction. If a magnetic field, H, is applied parallel to the plane of the sample, the magnetization on the direction along the eld, M_x, presents a linear behavior up to the saturation field is reached, corresponding to an uniform in-plane magnetization. This behavior is a distinctive feature of samples with such domains. Furthermore, if a field beyond the saturation field is applied, the stripe pattern will be aligned in the direction of the field, even when the field is removed. This phenomenom is historically known as \rotatable anisotropy". The aim of this work is to study the rotatable anisotropy in FeGa samples from both experimental and theoretical points of view. First, we studied the M vs H curves using dierent approaches. Experimental results were well reproduced using proposed theoretical models, allowing to estimate values for the domains width λ /2 ~ 100 nm, and for the domain wall width Δ ~ 15 nm. Then, we performed magnetization rotation experiments with the magnetic force microscopy, MFM, and the vibrating sample magnetometer, VSM, to study the rotatable anisotropy phenomenom from both the out-of-plane and the in-plane magnetization component. It was found that a relation between the applied eld and the orientation of the stripes exists and that the rotation of the stripes takes place by displaying intermediate angle congurations. Also, we observed that at the beggining of the rotation, the magnetization moments rotate more easily than the stripe pattern. Finally, we introduced a theoretical model for the out-of-plane magnetization based on the φ 4 model in which we added an effective coupling between the out-of-plane magnetization and the in-plane applied field. We performed numerical simulations in order to study the domain rotation dynamics. Numerical results for the rotation dier from the experimental ones, since in the numercial case the rotation is produced by a cut and reconnection process of the stripes, not diplaying intermediate angle congurations. We proposed the incorporation of a disordered inner field as a way of making the eld dependence of the stripes orientation appear.

Item Type:Thesis (Master in Physical Sciences)
Keywords:Anisotropy; Anisotropía; Thin films; Capas finas; [Rotatable anisotropy; Anisotropía rotacional; Stripe pattern; Patrones de franjas]
References:[1] Ogawa, T. Problems in a digital description of a conguration of atoms and some other geometrical topics in physics. URL http://www.mi.sanu.ac.rs/vismath/ ogawa1/dig.htm. [2] Cullity, B. D., Graham, C. D. Introduction to magnetic materials. Wiley, Segunda Edicion, 2009. 3, 17 [3] Barturen, M. Tesis doctoral titulada: Anisotropa magnetica y acople magnetoel astico en pelculas delgadas de Fe_1-xGa_x crecidas epitaxialmente sobre Zn- Se/GaAs(001). Instituto Balseiro, Argentina, 2014. 3, 17, 23 [4] Kudo, K., Mino, M., Nakamura, K. Magnetic domain patterns depending on the sweeping rate of magnetic elds. J. Phys. Soc. Jpn., 2006. URL http://www. arxiv.org/pdf/cond-mat/0610142.pdf. 4, 5 [5] Imagen de MOKE de los patrones en forma de fractales en Nd2Fe14B tomada por el grupo del Prof. Ruslan Prozorov. URL http://hoffman.physics.harvard. edu/materials/NdFeB.php. 4, 5 [6] Barturen, M., et al. Crossover to striped magnetic domains in Fe_1-xGax magnetostrictive thin lms. Applied Physics Letters, 101, 092404, 2012. 4, 6 [7] Di Pietro Martnez, M. Trabajo de Experimental IV: Variacion de las anisotropas magneticas con temperatura en pelculas delgadas de Fe_0,8Ga_0,2 y su relacion con la estructura de dominios magneticos, 2013. 5, 6 [8] Saito, N., Fujiwara, H., Sugita, Y. A new type of magnetic domain in thin Ni-Fe lms. J. Phys Soc. Japan, 19, 421-422, 1964. 6 [9] Lehrer, S. S. Rotatable anisotropy in negative magnetostriction Ni-Fe lms. Jour- nal of applied physics, 34, n 4 (parte 2), 1207-1208, 1963. 6 [10] Prosen, R. J., Holmen, J. O., Gran, B. E. Rotatable anisotropy in thin permalloy lms. Journal of Applied Physics, 32 n 3, 1961. 6 [11] Chaikin, P. M., Lubensky, T. C. Principles of condensed matter physics. Cambridge University Press, 1995. 7, 49 [12] Institut des Nanosciences de Paris. URL www.insp.upmc.fr. 9, 16 [13] Eddrief, M., Zheng, Y., Hidki, S., Rache Salles, B., Milano, J., Etgens, V. H., et al. Metaestable tetragonal structure of Fe_100-xGa_x epitaxial thin lms on Zn- Se/GaAs(001) substrate. Physical Review B, 84, 161410, 2011. 9, 17 [14] Marangolo, M., Gustavsson, F., Eddrief, M., Sainctavit, P., Etgens, V. H., Cros, V., et al. Magnetism of the Fe/ZnSe(001) interface. Phys. Rev. Lett., 88, 217202, 2002. 9 [15] Tobia, D. Tesis doctoral titulada: Efectos de supercie e interaccion de intercambio en nanopartculas magneticas. Instituto Balseiro, Argentina, 2011. 10, 11 [16] Butera, A. Charla titulada: Tecnicas de barrido de punta aplicadas al magnetismo. X-LAW3M School, 2013. 11 [17] Lide, D. R. CRC Handbook of chemistry and physics, Ed. 90. pags. 12-100. NIST, 2010. 16 [18] Smit, J., Beljers, H. G. Ferromagnetic resonance absorption in BaFe12O19 a highly anisotropic crystal. Philips Res. Rep., 10, 113{130, 1995. 16 [19] Hubert, A., Schafer, R. Magnetic domains. Springer, 2000. 17, 21, 25 [20] Sjöstedt, E., Nordström, L., Gustavsson, F., Eriksson, O. Uniaxial magnetocrystalline anisotropy of metal/semiconductor interfaces: Fe/ZnSe(001). Phys. Rev. Lett., 89, 267203, 2002. 18 [21] Jagla, E. A. Numerical simulations of two-dimensional magnetic domain patterns. Physical Review E, 70, 046204, 2004. 42, 44, 51 [22] Press, W. H., Teukolsky, S. A., Vetterling, W. T., Flannery, B. P. Numerical recipes in FORTRAN: The art of scientic computing, 2 Ed. pags. 838-840. Cambridge University, 1992. 49
Subjects:Physics > Solid state physics
Divisions:Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Teoría de sólidos
Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Resonancias magnéticas
ID Code:486
Deposited By:Marisa G. Velazco Aldao
Deposited On:21 Apr 2015 11:45
Last Modified:21 Apr 2015 11:45

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