Fabricação e caracterização de nanoponteiras de Tungstênio para medidas de transferência de spin

Abstract

O estudo das propriedades magnéticas e de transporte em sistemas de baixa dimensionalidade ocupa um importante lugar na pesquisa em física da matéria condensada. Dentre as diversas pesquisas atuais está o efeito de transferência de spin, a qual lida com um fenômeno que só ocorre quando se trabalha com sistemas nanoscópicos. O efeito de transferência de spin necessita de uma alta densidade de corrente elétrica para ocorrer, aproximadamente conforme simulações [1]. Para obter tal densidade de corrente elétrica é preciso reduzir a seção transversal do sistema a algumas centenas de nanometros. Existem diversas técnicas para a redução das dimensões do sistema, algumas complexas como a construção de nanopilares e nanocontatos [2], e outras mais simples, como o uso de nanoponteiras. Neste trabalho será desenvolvido um método para obtenção de nanoponteiras fabricadas a partir de um processo de desbaste eletroquímico de um fio de tungstênio. Primeiramente, o processo de desbaste eletroquímico empregado para a obtenção das nanoponteiras será apresentado. Relativo ao processo de desbaste, dois métodos existentes na literatura científica serão expostos: o método Laminar e o método Drop-Off. Baseado no conhecimento obtido com a utilização desses dois métodos, um terceiro método foi desenvolvido, apresentando uma melhoria significativa na qualidade das nanoponteiras. Este novo método, batizado de Drop-Off-Magnético, é uma variação do método Drop-Off, incluindo a aplicação de um campo magnético externo durante o processo de desbaste eletroquímico. Com a utilização de um microscópio eletrônico de varredura, imagens com resolução da ordem de dezenas de nanometros foram obtidas das nanoponteiras. No último capítulo, será apresentado o sistema utilizado para as medidas de transferência de spin, assim como resultados obtidos utilizando as nanoponteiras desenvolvidas. Os principais resultados apresentados neste trabalho são: i) Desenvolvimento de um procedimento controlado para obtenção de nanoponteiras; e ii) Observação do efeito de transferência de spin utilizando nanoponteiras como contato elétrico. Por fim, é importante salientar que este estudo foi realizado em conjunto a um trabalho de doutorado em que houve a publicação de um artigo científico, onde as nanoponteiras fabricadas apresentaram um papel fundamental [3, Anexo A].

The study of magnetic and transport properties in low dimensional systems occupies an important position in solid state physics research. Among the several current research lines is the spin transfer effect, which deals with a phenomenon that only occurs when we deal with nanoscopic systems. The spin transfer effect requires a high electrical current density to occur, approximately according to simulations [1]. To obtain such electrical current density is necessary to reduce the cross section of the system into hundreds of nanometers. There are several techniques to reduce de dimensions of the system, some more complex like the construction of nanopillars and nanocontacs [2], and others more simples, as the use of nanotips. In this work it will be developed a method for obtaining nanotips by direct electrochemical etching of a tungsten wire. Firstly, the electrochemical etching process used to obtain the nanotips will be presented. Relating to the etching process, two methods existing in the scientific literature will be exposed: the Lamellae method and the Drop-Off method. Based on the knowledge obtained by using these two methods, a third method has been developed, wich showed a significant improvement on the quality of the nanotips. This new method, baptized Magnetic-Drop-Off, is a variation of the Drop-Off method, including the application of an external magnetic field during the electrochemical etching. With the use of a scanning electron microscope, images with resolution of tens of nanometers were obtained for the nanotips. In the last chapter, the system used for the spin transfer measuments will be presented, as well as some results obtained using the nanotips developed. The main results presented in this work are: i) Development of a controlled procedure to obtain nanotips; ii) Observation of the spin transfer effect using the nanotips as a electrical contact. Finally, it’s important to observe that this study was done in conjunction of a doctoral program, and there was the publication of an article where the nanotips presented a fundamental role [3, Anexo A].