Vassallo Brigneti, Ettore C. (2009) Estudio de las propiedades estáticas y dinámicas de nanohilos magnéticos y películas nanoporosas. / Study of static and dynamic properties of magnetic nonowires and nanoporous film. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Este trabajo de tesis puede clasificarse dentro del tema general de las propiedades magnéticas de sistemas nanoestructurados. En nanoestructuras, las propiedades magnéticas están sustancialmente modificadas por efectos de confinamiento e interacciones entre sus componentes magnéticos. Dentro de esta amplia temática este trabajo de investigación se enfoca en el estudio de las interacciones en arreglos de nanohilos ferromagnéticos, el efecto del grado de orden de estos sistemas, y el rol de las contribuciones magnetoelásticas a la respuesta magnética global de los sistemas. Como estudio complementario se presentan resultados en películas de Permalloy (Ni_0.81Fe_0,19) con características de auto-organización. Dentro de este tema se presentan dos casos: a) películas continuas que, por encima de un espesor crítico, manifiestan dominios de tiras en campo cero y muestran más de una absorción de microonda bajo campo aplicado, y b) la respuesta ferromagnética de películas con “antidots” generados por el crecimiento de las mismas sobre sustratos de alúmina nanoporosa autoorganizada de distintos diámetros. En este marco, se caracterizaron estructural y magnéticamente sistemas de nanohilos ferromagnéticos de Ni electrodepositados en poros auto-organizados de alúmina amorfa anódica crecida sobre sustratos de Al. Los nanohilos de los sistemas estudiados tienen diámetros que van desde unos 25 nm hasta aprox. 180 nm y largos típicamente de aproximadamente 1 μm. Las distancias entre nanohilos primeros próximos vecinos van desde unos 65 nm hasta alrededor de 480 nm. En este trabajo se estudiaron sus propiedades magnéticas, haciendo énfasis en el efecto de las interacciones dipolares y del desorden de los arreglos de poros en que se electrodepositó el Ni. A temperatura ambiente, la anisotropía magnética efectiva de los sistemas de nanohilos de Ni, depende básicamente de la forma del nanohilo –la que le da el carácter uniaxial de eje fácil– y de su diámetro. Las interacciones dipolares y el desorden disminuyen la anisotropía, pero siempre manteniendo el carácter de eje fácil. También se investigan los efectos magnetoelásticos que surgen al disminuir la temperatura, originados en tensiones producidas por la diferencia entre los coeficientes de expansión térmica de los distintos elementos que conforman este tipo de sistemas. En efecto, al disminuir la temperatura, se observa a través de medidas de magnetización y resonancia ferromagnética, una disminución sistemática de la anisotropía de eje fácil hacia plano fácil, contrariamente a lo esperado a partir de la evolución de la magnetización con temperatura. La razón de este comportamiento anómalo se encuentra en efectos magnetoelásticos debido a que las tensiones producidas por las diferentes contracciones de los elementos que componen estos sistemas, disminuyen la anisotropía. Los nanohilos de Ni se ven presionados lateralmente y tensionados hacia arriba –de hecho la elongación al disminuir la temperatura ha sido medida por difracción de rayos X–, y al ser la magnetostricción del Ni negativa, la anisotropía disminuye al elongarse el nanohilo. Asimismo, se han calculado las distintas contribuciones, llegando a valores de la disminución de la anisotropía por efectos magnetoelásticos que están en muy buen acuerdo con los resultados experimentales. Otro tipo de sistemas estudiados fueron películas delgadas de Permalloy continuas, con espesores entre aprox. 60 nm y 300 nm, fabricadas por sputtering. Dentro de los resultados obtenidos más interesantes de las películas continuas está la evidencia de la presencia de dos líneas de resonancia (dos modos de precesión distintos) en espesores menores al espesor crítico, por encima del cual se observa, mediante microscopía de fuerza magnética o mediciones de ciclos de magnetización, el desarrollo de dominios por tiras. Las condiciones de preparación de este tipo de sistemas pueden estar asociadas con distintos espesores críticos –típicamente de alrededor de 300 nm– para el desarrollo de los dominios por tiras. Asimismo, se fabricaron y estudiaron películas delgadas de Permalloy nanoporosas con arreglos de antidots de diámetro aprox. 35nm en la superficie y espesores de aprox.100 nm. Los diámetros de los poros en la superficie de las películas no difieren entre sí, a pesar de haber sido depositadas sobre alúmina nanoporosa, tratada con ácido fosfórico durante distintos tiempos con el fin de ensanchar sus poros. Sin embargo, la estructura impuesta por los sustratos de alúmina se evidencia en las mediciones de magnetización, y particularmente en las de resonancia ferromagnética, a través de una disminución de la anisotropía efectiva conforme los poros del sustrato aumentan de diámetro por el tratamiento con ácido fosfórico. Las películas con antidots presentan absorciones complejas en los espectros de resonancia ferromagnética, relacionadas a ondas estacionarias de espín asociadas al espesor de las películas, así como a efectos de confinamiento lateral por la presencia de poros.
Resumen en inglés
THIS PhD work can be classified within the general subject of the magnetic properties of nanostructured systems. In nanostructures the magnetic properties are substantially modified by confinement effects and magnetic interactions between their magnetic components. Within this broad subject of research the present experimental study focuses on the interaction in arrays of ferromagnetic nanowires, the effect of the degree of order of these systems, and the role of magnetoelastic contributions to the global magnetic response of the systems. As a complementary study we report the magnetic response of Permalloy (Ni_0,81Fe_0,19) films with self-organized characteristics.Within this subject we report the results of two cases: a) continuous films that, above a critical thickness, show stripe domains at zero-field and more than one characteristic microwave absorption under an applied magnetic field, and b) the ferromagnetic response of antidots films grown onto self-organized nanoporous alumina substrates of several diameters. Within this context, systems of Ni ferromagnetic nanowires electrodeposited in self-organized pores of anodized amorphous alumina grown on Al substrates were characterized structurally and magnetically. The nanowires of the studied systems present diameters from about 25 nm to 180 nm and lengths typically of 1 μm. The first neighborhood interwire distances are from aprox. 65 nm to 480 nm. Their magnetic properties were studied in this work, emphasizing the effect of dipolar interactions and disorder of the pores arrangements in which Ni was electrodeposited. At room temperature, the effective magnetic anisotropy of the Ni nanowires systems depends basically on the shape of the wire –which gives them the easy axis uniaxial character– and on its diameter. Dipolar interactions and disorder diminish the anisotropy, but always keeping the easy axis character. Also were investigated the magnetoelastic effects that appear when diminishing temperature, originated in stresses produced by the difference between the thermal expansion coefficient of the elements that conform this kind of systems. In fact, when the temperature is reduced, a systematic decrease of easy axis anisotropy towards easy plane is observed through ferromagnetic resonance and magnetization measurements, against what would be expected from the magnetization evolution with temperature. The reason for this anomalous behavior is found in magnetoelastic effects, due to the fact that the stresses produced by the different contractions of the elements conforming these systems, decrease the anisotropy. The Ni nanowires are pressed laterally and stressed upwards –in fact, the elongation when diminishing temperature has been measured by X ray diffraction–, and being the Ni magnetostriction negative, anisotropy diminishes as the wire elongates. Likewise, different contributions have been calculated, reaching values for the anisotropy diminution due to magnetoelastic effects that are in great agreement with the experimental results. Other type of studied systems were Permalloy continuous films, with thicknesses from 60 nm to about 300 nm, fabricated by sputtering. Within the most interesting results obtained from continuous films, is the presence of two resonance lines (two different modes of precession) in thicknesses smaller than the critical thickness, above which is observed, by means of magnetic force microscopy or magnetization cycles measurements, the development of stripe domains. The preparation conditions of this type of systems can be associated with different critical thicknesses –typically of about 300 nm– for the development of the stripe domains. Likewise, nanoporous Permalloy films with arrangements of antidots of 35 nm diameter on the surface and thicknesses of about 100 nm were fabricated and studied. The diameters of the pores on the surface of the films do not differ from each other, in spite of being deposited over nanoporous alumina treated with phosphoric acid during different periods of time, with the purpose of widening its pores. Nevertheless, the structure imposed by the alumina substrates is evidenced in the magnetization measurements, and particularly in the ferromagnetic resonance ones, through a decrease in the effective anisotropy as the pores of the substrate increase in diameter due to the treatment with phosphoric acid. The films with antidots present complex absorptions in the ferromagnetic resonance spectra, related to stationary spin waves associated to the film thickness, as well as lateral confinement effects due to the pores presence.
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Física) |
|---|---|
| Patrocinadores: | CONICET; Instituto Balseiro. |
| Información Adicional: | Área Temática: Nanomagnetismo. |
| Palabras Clave: | Ferromagnetic Resonance; Resonancia ferromagnética; [Magnetoelastic anisotropy; Anisotropía magnetoelástica; Nanoporous alumina templates; Plantillas de alúmina nanoporosa; Magnetic stripe domains; Dominios de bandas magnéticas; Antidot films; Películas antidot; Magnetic nanowires; Nanocables magnéticos; Magnetic anisotropy; Anisotropía magnética] |
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| Materias: | Física > Nanotecnología Física > Electromagnetismo Física > Física de materiales |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Resonancias magnéticas |
| Código ID: | 614 |
| Depositado Por: | Prof Carlos A Ramos |
| Depositado En: | 26 Jun 2017 13:18 |
| Última Modificación: | 26 Jun 2017 13:18 |
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