3.6
Amplificação da corrente de spin
Mais recentemente foram relatados estudos sobre a injeção de corrente de spin através de materiais antiferromagnéticos [73]. Em 2014, Hailong Wang et al [74] reportaram um significativo ganho de voltagem VISHE em tricamadas do tipo FMI/AF/NM para a espessura
tAF = 1 ou 2 nm. Na ocasião, a corrente de spin gerada no FMI (YIG) foi injetada por spin−
pumping na camada NM (Pt) através do espaçador AF (NiO), ou seja, a camada AF que nesse caso é isolante um incremento na corrente de spin. Isso proporcionou um aumento relativo de até 7,05 vezes a voltagem VISHE. Em 2015, os mesmos autores reportaram a observação
dessa amplificação da corrente de spin por outros materiais AF isolantes, caracterizando a dependência desse ganho com a espessura tAF [75]. Nesse caso o fluxo de spins também
advém do mecanismo de spin-pumping.
Em 2016, Weiwei Lin et al [76] reportaram a amplificação da corrente de spin gerada por LSSE em sistemas FMI(YIG)/AFI(NiO)/NM(Pt,Ta). Para tN iO = 1 nm, foram obtidas
voltagens quase quatro vezes maiores em relação ao sistema com ausência da camada AF. A Figura 3.14(a) mostra a configuração estrutural da amostra, bem como as direções relativas do campo magnético externo e do gradiente térmico; a Figura 3.14(b) é a medida da voltagem VISHE na tricamada cujo o material NM é a platina, de onde é possível verificar o ganho
expressivo mediante a inserção da camada AF; a Figura 3.14(c) mostra um ganho similar em VISHE, mas tendo como material NM o Ta.
Figura 3.14:(a) ilustra a configuração do sistema FM/AF/NM, com detalhes sobre as direções do campo magnético, gradiente térmico e injeção de corrente de spin; (b) é o comportamento de VISHE com relação ao campo magnético, para três amostras distintas: Pt(3 nm)/NiO(1 nm)/YIG, Pt(3 nm)/YIG e Pt(3 nm)/NiO(1 nm)/SiOx/Si; (c) são o mesmo tipo de medida, mas para as amostras onde a camada NM é de Ta [76].
3.6. AMPLIFICAÇÃO DA CORRENTE DE SPIN 40
à espessura tN iO. Como o gráfico da Figura 3.15 evidencia, há uma diminuição exponencial do
efeito de amplificação em função da espessura da camada AF, o que causa o comportamento linear do gráfico semi-log inserido, de onde se pode obter o coeficiente λ.
Figura 3.15: Comportamento com relação à variação da espessura tAF da razão entre a potência termoelétrica das amostras YIG/NiO(tN iO)(P t3nm,T a3nm) e a potência termoelétrica das amostras sem os espaçadores AF. O gráfico interno é o semi-log da medida [76].
CAPÍTULO
4
TÉCNICAS E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Neste capítulo faremos uma descrição dos métodos e procedimentos experimentais usados nesta tese, que incluem, técnicas de produção de filmes finos (magnetron sputtering), caracterização estrutural (difração de raio X - DRX), caracterização magnética quase-estática (magnetômetro de amostra vibrante). Também serão apresentadas as técnicas de magne- torresistência perturbativa (PMR) e medidas de voltagem devido à aplicação de gradiente térmico.
4.1
Difração de Raios X
A difração é um fenômeno típico da interação entre onda e matéria. Uma condição necessária para a observação desse fenômeno é que a onda tenha comprimento comparável à dimensão do obstáculo encontrado. Dessa forma, para investigar a estrutura interna dos sólidos por meio do fenômeno da difração é essencial que a radiação incidente possua com- primento de onda da ordem de um angströn (10−10 m), o que corresponde a uma energia da ordem de ~ω = hc
λ = hc
10−10m ≈ 12, 3 × 10
3 eV . O raio X possui esta propriedade.
Desde meados do século XX, esta radiação é empregada no estudo das estruturas cristalinas dos sólidos, uma vez que a distribuição de raios X espalhados por um arranjo
4.1. DIFRAÇÃO DE RAIOS X 42
periódico pode revelar as posições dos átomos na rede cristalina. Nessa distribuição, podem ocorrer picos, resultantes de uma interferência construtiva dos feixes espalhados pelo material. Segundo W. H. e W. L. Bragg, o surgimento de um pico segue uma condição matemática, conhecida como lei de Bragg, dada por:
nλ = 2dsen θ, (4.1)
onde θ é o ângulo de incidência do raio X, conhecido como ângulo de Bragg, d é a distância interplanar e n é um número inteiro nomeado como ordem da reflexão. Assim, a condição para que ocorra um pico é que a diferença de caminho entre duas ondas refletidas por pla- nos consecutivos seja igual a um múltiplo do comprimento de onda incidente. Assume-se ainda que as reflexões são perfeitamente elásticas. A Figura 4.1 (a) fornece uma descrição geométrica do sistema e da condição de Bragg, identificando a diferença de caminho 2dsen θ, permitindo a interpretação da condição para a ocorrência de picos. Em um filme fino, muitos planos cristalinos serão responsáveis por espalhar os feixes de raio X, então o pico é resultado das múltiplas interferências majoritariamente construtivas.
Na construção experimental utiliza-se geometria θ → 2θ, onde o ângulo de incidência do raio é variado de um θi inicial a um θf final, ambos em relação ao plano da amostra, com
o objetivo de encontrar picos de Bragg, visto que cada arranjo cristalográfico possui uma sequência de picos característicos. 2θ é o ângulo de deflexão do raio. Em outros termos, o difratograma de cada material, seja ele formado por um elemento ou por vários, é uma espécie de “impressão digital” que fornece sua composição e os parâmetros de rede da estrutura que estão diretamente relacionados à distância d.
A Figura 4.1 (b) mostra uma foto do difratômetro de bancada Rigaku MiniFlex II, sua parte interna, onde estão indicadas as localizações da fonte de raio X, o porta amostras e o detector. Neste aparato, a amostra é girada, o que equivale a variar o ângulo de incidência do feixe.
4.1. DIFRAÇÃO DE RAIOS X 43
(a) (b)
Figura 4.1: Em (a), acima está uma representação esquemática da configuração do processo de medida. Abaixo, ainda em (a), a descrição geométrica da condição de Bragg. Em (b), uma fotografia do difratômetro de bancada Rigaku MiniFlex II e a imagem da parte interna do equipamento com indicações da fonte e detector de raio X, bem como do porta amostra.
A Figura 4.2 mostra o difratograma de um substrato cristalino de Si(100). O ângulo de incidência varia entre 2◦ e 120◦. Vário picos podem ser observados, no entanto o mais pronunciado é característico da direção (100).