Redes de nanofios obtidas por redução da camada barreira via voltagem

Esta seção descreve as propriedades magnéticas, através de curvas de magnetização e FORCs, que apresentam as redes de nanofio magnéticos com estrutura de dendritos em um dos extremos dos fios [ver imagem SEM da Figura 2.12 (a)]. O estudo foi feito em redes de nanofio bi-segmento mudando o comprimento do segmento com maior diâmetro, mantendo- se constante o diâmetro desse segmento (D) e o diâmetro (d) e o comprimento (l) do segmento de menor diâmetro. Também se estuda o comportamento magnético de uma rede de nanofios de referência (diâmetro homogêneo). Todas as dimensões dos nanofios fabricados são

mostradas na Tabela 4.3. As amostras foram nomeadas como bi-segmento * i

L , onde i indica o tamanho do comprimento em m, variado do segmento de maior diâmetro, e o símbolo * se refere às amostras com dendritos no fundo dos nanofios. A rede de nanofios de referência foi nomeada como referênciaR₃₅* , onde 35 indica o diâmetro em nm dos nanofios na rede. As curvas de magnetização e FORCs foram medidas com o campo magnético aplicado paralelo e perpendicular ao eixo mais longo dos nanofios, usando um magnetômetro de amostra vibrante comercial a temperatura ambiente (VSM modelo 7410 da LakeShore).

A caracterização magnética da rede de nanofios referênciaR₃₅* de Ni mostra resultados similares aos obtidos previamente em geometrias similares [71]. Na Figura 4.16 (a) se nota que a curva de histerese, normalizada com respeito ao máximo da magnetização, tem uma forma quase retangular quando o campo magnético é aplicado na direção do eixo longitudinal dos fios, H||. A pequena inclinação atribui-se ao campo de interação entre os nanofio. Em

relação à susceptibilidade magnética, calculada a partir da primeira derivada da curva de histerese, vemos que esta apresenta um comportamento simétrico com respeito ao máximo, representado por uma linha pontilhada na Figura 4.16 (b), o que poderia indicar que a inversão da magnetização se dá de forma homogênea. Por outro lado, quando o campo magnético é aplicado perpendicularmente ao eixo dos nanofios, H┴, a curva de histerese é

bastante inclinada e com uma pequena coercividade como se evidencia na Figura 4.16 (a). A forma das curvas de magnetização depende da direção do campo magnético aplicado, dando informação sobre a direção do eixo de fácil magnetização da rede de nanofio. Obtem-se que o

Nanofios D ± 0.3 (nm) d ± 0.3 (nm) L ± 0.3 (m) l ± 0.3 (m)

ReferênciaR35 35 3.2

bi-segmentoL1.4 52 35 1.4 3.3

bi-segmentoL3.2 52 35 3.2 3.2

Tabela 4.3: Dimensões dos nanofios na rede os quais apresentam uma estrutura de dendritos numa de suas extremidades.

eixo de fácil magnetização se encontra ao longo do comprimento do fio como consequência direta da anisotropia de forma.

O resultado FORC da rede de referênciaR35* com campo aplicado paralelo aos nanofios, mostrado na Figura 4.16 (c), exibe uma estrutura conhecida na literatura como wishbone [72]. Quando o campo aplicado é perpendicularao eixo dos nanofios, no resultado FORC se evidencia uma grande distribuição de coercividade e um pequeno campo de interação entre os nanofios, como mostrado na Figura 4.16 (d).

Figura 4.16: Comportamento magnético da rede de nanofios de referênciaR35* . (a) curvas de

magnetização, (b) primeira derivada, (c) e (d) diagramas FORC. (c) H|| (a) H┴ HII (b) (d) H┴

(e)

Figura 4.17: Comportamento magnético das redes de nanofios bi-segmento. Curvas de magnetização (a) bi-segmentoL*1.4, (b) bi-segmento

* 3.2

L , e diagramas FORC (c) bi- segmentoL e (d) segmento*1.4

* 3.2

L . (e) primeira derivada para ambas às amostras; as linhas pontilhadas indicam o máximo.

(c) (d) (a) H┴ HII (b) H┴ HII

As curvas de histerese [Figuras 4.17 (a) e (b)] e FORCs [inset Figuras 4.17 (c) e (d)] das redes de nanofio bi-segmento(L*1.4 e

* 3.2

L ), com o campo aplicado H|| aos nanofios, exibem

um comportamento suave quando o sistema passa de saturação positiva a negativa. Devido à distribuição de comprimento e diâmetro dessas redes de nanofio, não se pode concluir diretamente que não existe travamento quando as Paredes de domínio se propagam até completar a inversão total da magnetização. A distribuição nas dimensões entre os nanofios pode influenciar a característica da curva, devido à sobreposição das diferentes maneiras de inversão da magnetização de cada nanofio. Quando o campo magnético é perpendicular ao eixo dos nanofios, a curva de magnetiozação apresenta uma pequena coercitividade e remanência em comparação com a curva de magnetização obtida no caso de campo aplicado paralelo ao eixo dos nanofios. Isto indica que o eixo de fácil magnetização segue permanecendo ao longo do comprimento do nanofio mesmo com a adição do segmento de diâmetro maior. A mais notável diferença entre as curvas de magnetização dos nanofios bi- segmentoL*_1.4, L*_3.2 é o decrescimento da sua susceptibilidade quando aumenta o comprimento do segmento com diâmetro maior [Figura 4.17 (e)]. Este comportamento é consequência do aumento do volume magnético na rede; a intensidade da interação entre os nanofios depende do volume magnético do nanofio (Figura 4.10), já que em ambas as redes, a distância entre os nanofios é a mesma (110 nm).

Observa-se também [Figura 4.17 (e)] a assimetria da primeira derivada com relação ao máximo indicado com linhas pontilhadas, a qual, nós propomos que é causada pela não uniformidade dos processos de inversão da magnetização, como consequência da não homogeneidade do campo desmagnetizante (Figura 4.9).

Os resultados FORC para as redes bi-segmento(L*_1.4e L*_3.2) mostram que, conforme há um maior volume magnético no sistema, existe uma maior elongação ao longo do eixo Hu,

confirmando assim a hipótese do aumento do campo de interação entre os nanofios com o aumento do volume magnético dos mesmos [73]. Além disso, os diagramas exibem uma deflexão ao longo do eixo Hu mostrada com linhas pontilhada na Figura 4.17 (d). Redes de

nanofios sem distribuição de comprimento e diâmetro, submetidos a um campo de interação desmagnetizante homogêneo do tipo médio, apresentam uma distribuição FORC paralela ao longo do eixo Hu, como mostrado na referência [74]. Então, possivelmente, a deflexão

coercitividade criada por um campo de interação mais complexo que para o caso de nanofio de referência.

Discussão da influência do comprimento do diâmetro maior

Algumas características importantes, como coercitividade e a primeira derivada da curva de magnetização, diferem entre a rede de nanofio de referência e as redes bi-segmento. Em relação às coercividades, observa-se que a rede de nanofio referência possui um campo coercitivo menor que as redes de nanofio bi-segmento (Tabela 4.4) mesmo que os nanofios da rede de referência tenham uma maior razão de aspecto entre o diâmetro e o comprimento. Esse fato não está de acordo com o comportamento magnético dos nanofios isolados obtidos por meio de simulações micromagnéticas. Portanto, a diminuição da coercividade da rede de referência pode ser por efeitos coletivos. De acordo com a teoria de campo médio, o campo de desmagnetização macroscópico, o qual surge das interações dipolares, poderia explicar as mudanças na remanência do sistema, mas não na coercividade, já que, nesta situação M = 0. Então, possivelmente, as interações dipolares presentes nas redes de nanofio bi-segmento não podem ser explicadas pela teoria de campo médio simples. Isto sugere que a inversão da magnetização dos nanofios bi-segmento se dá através de diferentes mecanismos em comparação aos nanofios de referência (diâmetro homogêneo).

Redes de nanofios Campo coercitivo

(Oe) ± 20 Mr/Ms referência * 35 R 550 0,86 bi-segmentoL*_1.4 700 0,78 bi-segmentoL*3.2 610 0,5

Tabela 4.4: Valores dos campos coercitivos e remanências para as redes de nanofios com dendritos numa extremidade dos nanofios.

4.2.2 Redes de nanofios obtidas por remoção da camada barreira via química: Dependência