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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Spin orientation manipulation of antiferromagnetic CoO thin films through structural deformations : Manipulação da orientação de spins em filmes finos antiferromagnéticos de CoO por deformações estruturais
Title Alternative: Manipulação da orientação de spins em filmes finos antiferromagnéticos de CoO por deformações estruturais
Author: Ferreira, Marina Raboni, 1995-
Advisor: Soares, Márcio Medeiros, 1984-
Abstract: Resumo: A spintrônica é uma área de pesquisa na qual o spin eletrônico é utilizado como o grau de liberdade para o transporte, processamento e armazenamento de informações. Recentemente, muitos estudos focados na utilização de filmes finos antiferromagnéticos (AFM) como camadas ativas em dispositivos spintrônicos vêm sendo desenvolvidos. Embora os materiais AFM apresentem várias propriedades interessantes, tais como robustez contra perturbações por campos magnéticos e dinâmica de spins ultrarrápida, a manipulação dos momentos magnéticos nesses materiais é desafiadora. Uma abordagem que busca superar isso é a aplicação de deformações estruturais controladas na estrutura cristalina desses filmes finos. Essas deformações promovem alterações na anisotropia magnetocristalina desses materiais, que levam à mudança da orientação do eixo dos spins. Portanto, o objetivo desse trabalho de mestrado é a possibilidade de manipular a orientação de spins em filmes finos antiferromagnéticos de Óxido de Cobalto (CoO) a partir da aplicação de deformações macroscópicas. Com esse propósito, filmes finos policristalinos de CoO foram depositados sobre substratos cruciformes flexíveis de Kapton utilizando a técnica de Magnetron Sputtering. Para realizar deformações extensivas e compressivas nesses filmes, nós desenvolvemos um instrumento de aplicação de tensão biaxial: o 2D-MASI (Bi-axial Multi Analysis Strain Instrument). Esse dispositivo é compatível com diversas técnicas de luz síncrotron (e.g. Difração de raios-X e Espectroscopia de Absorção de raios-X) e ambientes de amostra (e.g. baixas temperaturas e alto vácuo). A deformação da estrutura cristalina da amostra foi caracterizada através de medidas in-situ de Análise de Tensão por Raios-X (do inglês XSA). Utilizando essa técnica, nós observamos que, ao aplicar uma deformação biaxial extensiva no plano da amostra, houve um aumento nas distâncias interplanares (dhkl) ao longo do plano, simultaneamente a uma contração fora do plano. Além disso, durante experimentos de contração do filme ao longo de uma direção, nós observamos o comportamento contrário: contração no plano e extensão fora do plano. Finalmente, com o objetivo de conectar os resultados obtidos através de XSA com o comportamento magnético da amostra, nós realizamos experimentos de dicroísmo linear magnético de raios-X (XMLD). Durante esses experimentos, nós adquirimos diversos espectros de absorção para os diferentes estados de deformação da amostra. Analisando as variações de intensidade dos picos desses espectros com a deformação mecânica, pudemos concluir que as alterações estruturais de fato promoveram mudanças de orientação no eixo magnético da amostra. Mais especificamente, a análise das medidas de XMLD a baixa temperatura sugere uma tendência de orientação dos spins do CoO paralela à direção em que o filme se encontra mais contraído

Abstract: Spintronics is the research branch that uses the electron spin as the degree of freedom for transporting, processing, and storing information. In recent years, many studies have been focusing on applying antiferromagnetic (AFM) thin films as active layers for spintronic devices. Although AFM materials present many interesting properties, such as robustness against magnetic fields perturbations and ultrafast spin dynamics, the magnetic moment manipulation in such materials is very challenging. One approach to overcome that is through the application of controlled structural deformations to the film crystalline structure, which promote alterations to its magnetocrystalline anisotropy energy. Therefore, the goal of this Master's work is to study the possibility of manipulating the spin orientation in AFM Cobalt Oxide (CoO) thin films through the application of a controlled macroscopic strain. For this purpose, polycrystalline CoO thin films were deposited onto flexible cruciform Kapton substrates using reactive Magnetron Sputtering. To controllably perform in-plane extensive and compressive bi-axial deformations to such films, we developed a Bi-axial Multi Analysis Strain Instrument (2D-MASI). A device compatible with multiple synchrotron radiation techniques (e.g. X-ray Diffraction and X-ray Absorption Spectroscopy) and sample environments (e.g. low temperatures and high vacuum). The sample crystalline structure deformation was characterized by in-situ X-ray Stress Analysis (XSA) measurements. As a result, while performing an in-plane bi-axial extension, we observed an increase of the in-plane Bragg distances (dhkl) along with a decrease of the out-of-plane dhkl values. Moreover, by performing in-plane contraction experiments along a single direction, we observed an opposite behavior than the described above (interplanar distances' in-plane contraction and out-of-plane extension). Finally, to connect the results obtained by XSA with the sample magnetic behavior, we performed X-ray Magnetic Linear Dichroism (XMLD) experiments. During these measurements, we acquired multiple absorption spectra for different strain states. By analyzing the intensity changes within the spectrum peaks, we deduced that the sample mechanical deformation was indeed causing the film's spin axis to tilt. More specifically, the analysis of the XMLD data acquired at low temperatures suggests a tendency of spin axis orientation parallel to the film direction which is contracted the most
Subject: Spintrônica
Filmes finos
Antiferromagnetismo
Raios X - Difração
Espectroscopia de raio X
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: FERREIRA, Marina Raboni. Spin orientation manipulation of antiferromagnetic CoO thin films through structural deformations: Manipulação da orientação de spins em filmes finos antiferromagnéticos de CoO por deformações estruturais. 2020. 1 recurso online ( 144 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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