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Título: Análise das microestruturas magnéticas em filmes de FeNi
Autor(es): Castro, Edgar David Guarin
Orientador(es): Morais, Paulo César de
Assunto: Microscopia
Filme magnético
Data de publicação: 17-Abr-2017
Data de defesa: 22-Fev-2017
Referência: CASTRO, Edgar David Guarin. Análise das microestruturas magnéticas em filmes de FeNi. 2017. xiv, 72 f., il. Dissertação (Mestrado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Resumo: O presente trabalho expõe um estudo estrutural e magnético feito em filmes policristalinos de FeNi sobre substratos de Si. Medidas de energia dispersiva de raios X indicaram concentrações relativas de 64% para o ferro e 36% para o níquel, o que significa que os filmes possuem a concentração Invar, fenômeno caracterizado pela queda do coeficiente de dilatação da liga até valores muito baixos. Estudos experimentais mostram que este fenômeno deve estar fortemente vinculado com a estrutura magnética das ligas, mas os modelos teóricos ainda não conseguem explicar completamente a relação entre suas propriedades magnéticas e mecânicas, motivando continuados estudos sobre suas propriedades magnéticas. Nesta pesquisa foi proposto estudar e analisar a configuração micromagnética para três filmes de FeNi na concentração Invar, para três diferentes espessuras (30, 70 e 140 nm), por meio de técnicas experimentais como a magnetometria e a microscopia de força magnética (MFM), assim como por meio do uso de simulações computadorizadas, para oferecer mais bases experimentais que contribuam na compreensão dos fenômenos presentes nas ligas Invar. Os resultados revelaram inomogeneidades magnéticas causadas pela policristalinidade dos filmes. As amostras também manifestaram um comportamento ferromagnético mole, com magnetizações de saturação e anisotropias efetivas crescentes com o aumento das espessuras. Os resultados também mostraram uma grande influência da anisotropia de forma que faz com que os filmes sejam facilmente magnetizados no plano. Finalmente, com base nas medidas de magnetometria, a estrutura micromagnética dos filmes foi mapeada por medidas de MFM e posteriormente simulada com o software MuMax3. Os mapas revelaram domínios com magnetizações locais paralelas à superfície dos filmes, enquanto que as paredes possuem uma estrutura tipo Bloch, principalmente no interior dos filmes mais grossos. Deste modo, percebe-se que a anisotropia do material define eixos fáceis de magnetização no plano dos filmes, por causa da anisotropia de forma, que obriga às paredes de domínio a se distribuírem nos filmes, formando padrões de ziguezague irregulares na superfície.
Abstract: The present work reports structural and magnetic study of FeNi polycrystalline films on Si substrates. X-ray dispersive energy measurements indicated relative concentrations of 64% iron and 36% nickel, which means that the films present Invar concentration, a phenomenon characterized by the decrease of the thermal expansion coefficient of the alloy to very low values. Experimental studies show that this phenomenon is strongly related to the magnetic structure of the alloys, but current theoretical models still cannot fully explain the relation between magnetic and mechanical characteristics of Invar alloys, motivating continued studies on their magnetic properties. In this research, the micromagnetic configuration for three FeNi films in Invar concentration and three different thicknesses (30, 70 and 140 nm) is analyzed according to their thicknesses. Experimental techniques such as SQUID magnetometry and Magnetic Force Microscopy (MFM) were used, as well as computer simulations, to offer more experimental bases that contribute to the understanding of the phenomena present in FeNi36 Invar alloys. Results revealed magnetic inhomogeneities caused by film polycrystallinity. The samples also showed a soft ferromagnetic behavior, with increasing saturation magnetizations and effective anisotropies with increasing thicknesses. Results also showed a great influence of shape anisotropy so that the films are easily magnetized in-plane. Finally, magnetometry measurements were complemented by micromagnetic structure mapping by Magnetic Force Microscopy, the resulting magnetic images were later simulated with the software MuMax3. The maps revealed domains with local magnetizations parallel to the surface of the films, while the walls have a Bloch-like structure, mainly inside the thicker films. In this way, the anisotropy of the material defines an easy axis of magnetization in the plane of the films, because of the shape anisotropy, which forces the domain walls to distribute in the films, forming irregular zigzag like patterns on the surface.
Informações adicionais: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017.
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