As multicamadas são formadas pela deposição alternada de filmes finos de materiais distintos sobre um outro material massivo, que serve de apoio, chamado de substrato. O substrato a ser utilizado pode ser amorfo ou cristalino dependendo da finalidade, tendo, portanto, um papel importante na definição da estrutura cristalina da multicamada. A estrutura das multicamadas é baseada na nomenclatura de Falicov [51] na qual o sistema é composto de um substrato denotado por S, seguido das camadas alternadas subsequentes, separadas por barras (/). Tanto o substrato quanto as camadas são nominadas através dos elementos químicos ou ligas que os constituem. Quando o substrato é monocristalino, usa-se os índices de Miller entre parêntesis para denotar a textura cristalina (a direção de crescimento é perpendicular ao plano (hkl)). Após a identificação de cada camada é colocada entre parêntesis sua espessura com a respectiva unidade. Abaixo, segue um exemplo genérico de uma multicamada expressada na nomenclatura de Falicov [51]: S(hkl)/Buffer layer(tb)/[camada1(t1)/camada2(t2)/.../camadan(tn)]n/Capping layer(tc)
Sobre o substrato, muitas vezes, pode ser depositada uma camada semente (Buffer Layer, em inglês), com o objetivo de isolar o substrato do resto da multicamada ou in- duzir um crescimento cristalográfico das camadas individuais diferente daquele que seria proporcionado pela deposição direta sobre o substrato, daí a origem da palavra semente. O sistema principal de camadas (camada1, camada2, . . .) pode repetir-se periodicamente ou não, de acordo com o índice n. Quando n igual a 1, não há repetição e os colchetes podem ser suprimidos. O fechamento deste empilhamento é feito, geralmente, através de uma camada protetora, também chamada de Capping Layer (em inglês), feita de um material pouco reativo com a última camada do filme. Esta camada tem a finalidade de
isolar quimicamente a multicamada do meio externo, como também, poderá servir para acentuar propriedades das multicamadas antecedentes.
A denominação de multicamada é sempre utilizada de forma genérica. Em geral, sis- temas com apenas duas (bicamadas) ou três camadas (tricamadas) podem também ser classificados como multicamadas. Multicamadas magnéticas são aquelas que possuem, pelo menos, uma de suas camadas composta por um filme fino magnético (magnetização líquida não nula). Além disso, o sistema pode também conter camadas não magnéticas ou com outro tipo de ordem magnética, como por exemplo, antiferromagnética (AFM). O ordenamento AFM é aquele em que a interação de troca entre os átomos vizinhos pro- voca orientações antiparalelas entre seus momentos magnéticos, ou seja, estes materiais apresentam, no mínimo, duas sub-redes com momentos iguais e opostos, proporcionando uma magnetização nula na ausência de campo magnético em materiais volumétricos. Neste tipo de material, o ordenamento AFM aparece abaixo de uma temperatura crítica
conhecida como temperatura de Néel (TN). A TN é a temperatura acima da qual desa-
parece a ordem AFM dos materiais, de forma que o sistema entra em um comportamento PM. Exemplos de materiais AFM volumétricos são: CoO, FeMn, IrMn e NiO.
Multicamadas de filmes finos magnéticos foram intensamente estudadas nas últimas décadas [50], pois possuem propriedades físicas não usuais relacionadas a sua baixa di- mensionalidade. Uma das primeiras grandes contribuições científicas reportadas para multicamadas magnéticas surgiu em 1986, com a descoberta do acoplamento de troca indireto entre dois filmes ferromagnéticos intercalados por um filme não magnético, FM/NM/FM [52]. Este tipo de acoplamento das magnetizações, que depende da es- pessura da camada AFM (ou não-magnética - NM), possibilitou a descoberta da Magne- torresistência Gigante (GMR do inglês Giant Magnetoresistance) [2] nas multicamadas [Fe/Cr]n; estruturas periódicas compostas de camadas alternadas de Fe separadas por
camadas (espaçadoras) de Cr [2]. O efeito de GMR foi também encontrado em mul- ticamadas [Co/Cr]n, [Co/Cu]n [53], [Co/Ru]n [3], entre outros sistemas. Uma outra
descoberta relevante nestes sistemas artificiais foi a de que este acoplamento de troca indireta oscila, entre acoplamento paralelo e antiparalelo entre as magnetizações das ca- madas ferromagnéticas e tem sua amplitude mudada, quando a espessura do material NM varia [3]. O efeito de GMR aparece em multicamadas que no estado natural possui
o acoplamento antiparalelo que, por sua vez, possui um estado de resistência maior do que aquele quando as camadas estão paralelamente acopladas. Com a ação do campo magnético externo, muda-se da configuração antiparalela para paralela gerando uma va- riação de resistência (GMR), que é superior àquela encontrada em materiais magnéticos convencionais [3].
Outro tema bastante abordado nos últimos anos é o acoplamento entre materiais FM e AFM em bicamadas, devido às aplicações tecnológicas do efeito Exchange Bias (EB) em cabeças magnetorresistivas e/ou dispositivos baseados em válvula de spin. Devido à sua natureza interfacial, o efeito Exchange Bias é correlacionado com a estrutura de spin interfacial. Exemplos das bicamadas do tipo FM/AFM são: NiFe/FeMn [54], NiFe/IrMn [42,54–57], NiFe/NiMn [58]. O material AFM pode ser uma camada fina ou pode ser o próprio substrato.
Este assunto será melhor descrito na Sec.(2.6). Com a diminuição da espessura do filme FM, em poucas dezenas de ângstrom (Å), algumas das propriedades magnéticas do sistema mudam, pois, de fato, agora a superfície e a interface entre o filme e o subs- trato começam a ter um papel preponderante. Logo, fenômenos tais como: interdifusão interfacial, estruturas de spins, rugosidades, anisotropias de superfícies, entre outras são determinantes nas propriedades das interfaces, consequentemente dos filmes. Então, multicamadas magnéticas, inclusive aquelas com espaçadores não magnéticos de dimen- são finita, apresentam quebra de simetria e/ou efeitos de interfaces que são suficientes para modificar propriedades magnéticas, como por exemplo, a histerese magnética.
Resumindo as razões pelas quais estes materiais apresentam estas propriedades distin- tas, segundo Camley e col. [59], são:
• Contribuições de interface - Como os efeitos de interface usualmente penetram no mínimo algumas camadas, em filmes finos a interface influência profundamente todo o sistema;
• Contribuições coletivas - A mesma estrutura de camadas pode permitir novas con- figurações de equilíbrio e novos modos dinâmicos da magnetização;
• Controle das propriedades das multicamadas - A estrutura das multicamadas pode ser controlada durante a preparação da amostra. Padrões de crescimentos e empi- lhamentos podem ser ajustados para conseguir características específicas do sistema desejado.