Estudos do comportamento magnético de filmes finos eletrodepositados que apresentam magnetização perpendicular

Abstract

A eletrodeposição (ED), além de ser uma técnica de simples manuseio, ainda se mostrou eficiente na fabricação de filmes ultrafinos e multicamadas sobre diferentes substratos. O estudo de filmes finos magnéticos que apresentam anisotropia perpendicular (PMA) é um assunto de grande interesse tecnológico devido a sua possível aplicação em mídias magnéticas de alta densidade. Neste trabalho, foi estudado o crescimento de filmes finos de Co que apresentam PMA utilizando um processo simples de fabricação, a ED. Com a escolha de parâmetros adequados na ED, torna-se possível a preparação de filmes de alta qualidade magnética. A anisotropia magnética é uma das mais importantes características magnéticas de um material. Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais e magnéticas de filmes finos de Co produzidos por ED sobre Au(111) [depositados sobre mica(100) ou Si(111) hidrogenado (Si-H)] e caracterizados via Microscopia de Força Atômica, Microscopia Atômica por Varredura a Sonda, e por Difração de Raios-X. Os filmes de Co foram crescidos utilizando duas soluções distintas segundo a concentração de hidrogênio (pH). As curvas de histerese, obtidas por Magnetometria de Campo de Gradiente Alternado Eletroquímico in-situ e/ou ex-situ, e por Magnetometria Óptica a Efeito Kerr Polar a temperatura ambiente, revelaram que, para a solução ácida, os filmes de até 2 monocamadas (ML) apresentam PMA, enquanto que, para a solução básica, existe uma componente considerável de PMA em filmes de até 21 MLs. Por fim, foi discutido o fenômeno de acoplamento de troca (Exchange Bias) entre uma camada com PMA de Co e uma camada antiferromagnética da liga de ferro-manganês em amostras do tipo mica/Au/Co/Au/FeMn. As medidas de histerese magnética revelaram deslocamentos em campo similares, de aproximadamente 90 Oe, independentemente da espessura do cobalto.

The electrodeposition (ED) is a fast and cost efficient way to grow ultrathin films and multilayers on large area substrates. There are increasing efforts in growing thin films that show magnetic anisotropy perpendicular to the substrate’s plane by ED, which are of considerable interest for high density information storage. With an appropriate choice of the ED parameters, it is possible to control the quality of the film arrays with a remarkable degree of precision. However, there is still a considerable lack of understanding of the growth processes and their influence on the magnetic properties of low-dimensional systems, which may be very distinct from bulk materials. The magnetic anisotropy is one of the most important characteristics of a magnetic material. In the present work, we have studied the structural and magnetic properties of Co ultrathin films produced by ED onto Au(111) [the latter deposited on Si(111)-H or mica(100)] via several characterization techniques, i.e., Atomic Force Microscopy, Scanning Tunneling Microscopy and X-ray Diffractometry. The growth processes and their influence on the magnetic behavior of the Co films have been investigated for different deposition conditions and using solutions with different pH. The room temperature magnetization curves, obtained by using Electrochemical Alternating Gradient Field Magnetometer (in-situ and/or ex-situ), and Polar Magnetic Optical Kerr Effect Magnetometer, indicated that the magnetization is predominantly out-of-plane for coverage up to one full Co layer for pH = 3.5, and it remains in the plane of the films for the higher thicknesses. For pH = 8.5, the perpendicular anisotropy predominates up to ~ 21 monolayers of Co. In the final part of the work, the magnetic behavior of the exchange-biased mica/Au/Co/Au/FeMn system (where the antiferromagnetic FeMn layer only has been deposited by magnetron sputtering) has been studied and discussed. These samples showed perpendicular exchange bias field of 90 Oe, which is practically independent on the Co thickness.