O modelo anisotrópico Ginzburg-Landau e a determinação de campos magnéticos dispersos em nanoestruturas híbridas supercondutoras-ferromagnéticas
| Ano de defesa: | 2020 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Espírito Santo
BR Doutorado em Física Centro de Ciências Exatas UFES Programa de Pós-Graduação em Física |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufes.br/handle/10/15252 |
Resumo: | In this doctorate thesis, the Ginzburg-Landau anisotropic model was experimentally tested. The physical parameter ∆ = || −⊥ was defined, where || and ⊥ represent the superconducting critical temperatures (), determined in the magnetic field settings applied parallel (B||) and perpendicular (B⟘) to the sample plane, respectively. Using the Magnetron Sputtering technique (operating in the confocal geometric configuration), superconducting films Nb(20=100), SC/FM superconducting-ferromagnetic hybrid heterostructures [Nb(20-100)/Cu(5)/Co(40) and Nb(20-100)/Cu(5)/Py(2)] and said superconducting spin valves SC/FM1/FM2 VSS [Nb(20- 100)/Cu(5)/Py(2)/Cu(5)/Co(40)] were prepared, where the values in parentheses are in nanometers. The anisotropic behavior of Tc and the VSS effect under the application of the magnetic field were systematically investigated. With magnetoresistance measurements in the magnetic field configurations used (B|| and B⟘), it was possible to obtain the experimental behavior of ∆ for each hybrid SC/FM system and applying the anisotropic model of Ginzburg-Landau, the dispersed magnetic field values of the FM layers were calculated in the condition of a null magnetic field, that is, the stray field of the Co, Py e Py/Co (in the VSS system) layers were determined in zero applied field (B = 0 T) as being repectively (- 8,5 ± 0,1) mT, (31,0 ± 0,3) mT e (38,0 ± 0,4) mT, while a rate of change between the stray field and applied field ( / ) was of (- 0,22 ± 0,02), (- 0,17 ± 0,02) and (- 0,26 ± 0,02), respectively. With angular dependence measurements of the magnetoresistance, ∆ (, ) curves for pure Nb films and Nb/FM hybrids were obtained, and large effect values of the superconducting spin valve (EVSS) between 60 and 300 mK were measured. Instead of simply using the possibility of transitioning Cooper pairs from singlet to triplet state, the EVSS results were explained considering the effective dispersed field derived from changes in the magnetic domains of the ferromagnetic layers caused by the external magnetic field. The results bring contributions to clarify the proximity effect and the magnetostatic effect; issues that still need to be well understood for technological applications of superconducting spin valves. |
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O modelo anisotrópico Ginzburg-Landau e a determinação de campos magnéticos dispersos em nanoestruturas híbridas supercondutoras-ferromagnéticasThe Ginzburg-Landau anisotropic model and the determination of scattered magnetic fields in hybrid superconducting-ferromagnetic nanostructuresSistemas híbridosefeito Válvula de Spin Supercondutoracampo dispersodomínios magnéticosefeito de proximidadesubject.br-rjbnFísicaIn this doctorate thesis, the Ginzburg-Landau anisotropic model was experimentally tested. The physical parameter ∆ = || −⊥ was defined, where || and ⊥ represent the superconducting critical temperatures (), determined in the magnetic field settings applied parallel (B||) and perpendicular (B⟘) to the sample plane, respectively. Using the Magnetron Sputtering technique (operating in the confocal geometric configuration), superconducting films Nb(20=100), SC/FM superconducting-ferromagnetic hybrid heterostructures [Nb(20-100)/Cu(5)/Co(40) and Nb(20-100)/Cu(5)/Py(2)] and said superconducting spin valves SC/FM1/FM2 VSS [Nb(20- 100)/Cu(5)/Py(2)/Cu(5)/Co(40)] were prepared, where the values in parentheses are in nanometers. The anisotropic behavior of Tc and the VSS effect under the application of the magnetic field were systematically investigated. With magnetoresistance measurements in the magnetic field configurations used (B|| and B⟘), it was possible to obtain the experimental behavior of ∆ for each hybrid SC/FM system and applying the anisotropic model of Ginzburg-Landau, the dispersed magnetic field values of the FM layers were calculated in the condition of a null magnetic field, that is, the stray field of the Co, Py e Py/Co (in the VSS system) layers were determined in zero applied field (B = 0 T) as being repectively (- 8,5 ± 0,1) mT, (31,0 ± 0,3) mT e (38,0 ± 0,4) mT, while a rate of change between the stray field and applied field ( / ) was of (- 0,22 ± 0,02), (- 0,17 ± 0,02) and (- 0,26 ± 0,02), respectively. With angular dependence measurements of the magnetoresistance, ∆ (, ) curves for pure Nb films and Nb/FM hybrids were obtained, and large effect values of the superconducting spin valve (EVSS) between 60 and 300 mK were measured. Instead of simply using the possibility of transitioning Cooper pairs from singlet to triplet state, the EVSS results were explained considering the effective dispersed field derived from changes in the magnetic domains of the ferromagnetic layers caused by the external magnetic field. The results bring contributions to clarify the proximity effect and the magnetostatic effect; issues that still need to be well understood for technological applications of superconducting spin valves.Nesta tese de doutorado, o modelo anisotrópico de Ginzburg-Landau foi experimentalmente testado. Foi definido o parâmetro físico ∆ = || −⊥, onde || ⊥ representam as temperaturas críticas supercondutora (), determinadas nas configurações de campo magnético aplicado paralelo (B||) e perpendicular (B⟘) ao plano da amostra, respectivamente. Usando a técnica Magnetron Sputtering (operando na geometria configuração confocal) foram preparados filmes supercondutores Nb(20-100), heteroestruturas híbridas supercondutoras-ferromagnéticas SC/FM [Nb(20-100)/Cu(5)/Co(40) e Nb(20- 100)/Cu(5)/Py(2)] e as ditas válvulas de spin supercondutoras SC/FM1/FM2 VSS [Nb(20-100)/Cu(5)/Py(2)/Cu(5)/Co(40)], onde os valores entre parênteses estão em nanômetros. O comportamento anisotrópico de TC e o efeito VSS, sob a aplicação do campo magnético foram sistematicamente investigados. Com medidas de magnetorresistência nas configurações de campos magnéticos aplicados (B|| e B⟘), foi possível obter o comportamento experimental de ∆ para cada sistema híbrido SC/FM e aplicando o modelo anisotrópico de Ginzburg-Landau, os valores de campo magnéticos dispersos das camadas FM foram calculados na condição de campo magnético nulo, ou seja, os campos dispersos das camadas de Co, Py e Py/Co (no sistema VSS) foram determinados em campo aplicado zero (B = 0 T) como sendo respectivamente (- 8,5 ± 0,1) mT, (31,0 ± 0,3) mT e (38,0 ± 0,4) mT, enquanto uma taxa de variação entre o campo disperso e o campo aplicado ( / ) foi de (- 0,22 ± 0,02), (- 0,17 ± 0,02) e (- 0,26 ± 0,02), respectivamente. Com medidas de dependência angular da magnetorresistência, curvas ∆(, ) para filmes puros de Nb e dos híbridos Nb/FM foram obtidas, e grandes valores de efeito de válvula de spin supercondutora (EVSS) entre 60 e 300 mK foram medidos. Ao invés de usar simplesmente a possibilidade de transição dos pares de Cooper do estado singleto para tripleto, os resultados EVSS foram explicados considerando os campos dispersos efetivos derivados das alterações nos domínios magnéticos das camadas ferromagnéticas causada pelo campo magnético externo. Esses resultados trazem contribuições para esclarecer o efeito de proximidade e o efeito magnetostático; questões que ainda precisam ser bem compreendidas para aplicações tecnológicas de válvulas de spin supercondutoras.𝑒 𝑇&Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Universidade Federal do Espírito SantoBRDoutorado em FísicaCentro de Ciências ExatasUFESPrograma de Pós-Graduação em FísicaCaetano, Edson Passamanihttps://orcid.org/0000000213102749http://lattes.cnpq.br/9401385573887851https://orcid.org/0000-0002-5090-6666http://lattes.cnpq.br/5351813478507249Continentino, Mucio Amadohttp://orcid.org/0000-0003-0167-8529http://lattes.cnpq.br/2110127065416697Nascimento, Valberto Pedruzzihttps://orcid.org/0000000295435335http://lattes.cnpq.br/9908042258225541Passos, Carlos Augusto Cardosohttps://orcid.org/0000-0002-6303-3569http://lattes.cnpq.br/2528679879816545Candela, Dalber Ruben Sánchezhttps://orcid.org/0000-0003-4253-9031http://lattes.cnpq.br/3188784816287487Alfonso, Jorge Luis Gonzalezhttps://orcid.org/0000-0001-5841-8731http://lattes.cnpq.br/9030024304752445Rodríguez, Víctor Antonio Peñahttps://orcid.org/0000-0003-4658-9968http://lattes.cnpq.br/9625617406307310Paschoa, Anderson dos Santos2024-05-30T00:50:12Z2024-05-30T00:50:12Z2020-11-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/15252porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2025-05-19T09:35:47Zoai:repositorio.ufes.br:10/15252Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-05-19T09:35:47Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false |
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In this doctorate thesis, the Ginzburg-Landau anisotropic model was experimentally tested. The physical parameter ∆ = || −⊥ was defined, where || and ⊥ represent the superconducting critical temperatures (), determined in the magnetic field settings applied parallel (B||) and perpendicular (B⟘) to the sample plane, respectively. Using the Magnetron Sputtering technique (operating in the confocal geometric configuration), superconducting films Nb(20=100), SC/FM superconducting-ferromagnetic hybrid heterostructures [Nb(20-100)/Cu(5)/Co(40) and Nb(20-100)/Cu(5)/Py(2)] and said superconducting spin valves SC/FM1/FM2 VSS [Nb(20- 100)/Cu(5)/Py(2)/Cu(5)/Co(40)] were prepared, where the values in parentheses are in nanometers. The anisotropic behavior of Tc and the VSS effect under the application of the magnetic field were systematically investigated. With magnetoresistance measurements in the magnetic field configurations used (B|| and B⟘), it was possible to obtain the experimental behavior of ∆ for each hybrid SC/FM system and applying the anisotropic model of Ginzburg-Landau, the dispersed magnetic field values of the FM layers were calculated in the condition of a null magnetic field, that is, the stray field of the Co, Py e Py/Co (in the VSS system) layers were determined in zero applied field (B = 0 T) as being repectively (- 8,5 ± 0,1) mT, (31,0 ± 0,3) mT e (38,0 ± 0,4) mT, while a rate of change between the stray field and applied field ( / ) was of (- 0,22 ± 0,02), (- 0,17 ± 0,02) and (- 0,26 ± 0,02), respectively. With angular dependence measurements of the magnetoresistance, ∆ (, ) curves for pure Nb films and Nb/FM hybrids were obtained, and large effect values of the superconducting spin valve (EVSS) between 60 and 300 mK were measured. Instead of simply using the possibility of transitioning Cooper pairs from singlet to triplet state, the EVSS results were explained considering the effective dispersed field derived from changes in the magnetic domains of the ferromagnetic layers caused by the external magnetic field. The results bring contributions to clarify the proximity effect and the magnetostatic effect; issues that still need to be well understood for technological applications of superconducting spin valves. |
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