Dinâmica de spins em interfaces metálicas: mecanismos de relaxação e bombeamento de spin - LEÃO, Luis Henrique Vilela (2010)
Nesta tese investigamos propriedades estáticas e dinâmicas da magnetização em interfaces metálicas onde uma das superfícies é ferromagnética (FM) e outra superfície pode ser antiferromagnética (AF) ou não-magnética (NM). Interfaces como estas são sistemas protótipos para a investigação de fenômenos básicos e aplicados, pois muitos dispositivos spintrônicos possuem interfaces similares. As propriedades estáticas e dinâmicas da magnetização dependem fortemente da natureza física e química das interfaces e muitos fenômenos novos têm sido descobertos devido a esta dependência. Aqui exploramos o efeito da indução de anisotropias uniaxiais muito fortes em bicamadas de Ni81Fe19 (Py) quando depositados por sputtering inclinado. Verificamos que um material magneticamente mole, como o Py, pode apresentar campos de anisotropia uniaxial da ordem de várias centenas de Oe quando depositados em ângulos de inclinação de 70o. As propriedades dinâmicas da magnetização destes sistemas, medidas por ressonância ferromagnética (FMR), nos permitiram entender o papel dos diversos mecanismos de relaxação magnética existentes em sistemas de baixa dimensão, como filmes e multicamadas. Desenvolvemos um estudo teórico e experimental dos mecanismos intrínsecos e extrínsecos da magnetização. Identificamos claramente situações onde o mecanismo de espalhamento de dois mágnons passa a competir de forma eficiente com os mecanismos intrínsecos de Gilbert. Aqui o mecanismo de dois mágnons foi ativado pelas micro-estruturas que se formam durante o processo de crescimento por sputtering oblíquo. Também investigamos propriedades magnéticas de bicamadas FM/AF depositadas pela mesma técnica de sputtering oblíquo onde identificamos claramente os diversos mecanismos de relaxação bem como desenvolvemos um método que permite controlar a direção da anisotropia de exchange bias. O papel desempenhado pelas flutuações associadas aos os diversos eixos de anisotropia também foi devidamente estudado. Uma das principais contribuições desta tese foi a investigação do efeito de spin pumping (SP). O efeito SP ocorre quando a ressonância ferromagnética é excitada na camada FM e a conseqüência principal é a injeção de uma corrente pura de spin no meio NM adjacente. A injeção da corrente pura de spin no meio NM aparece como um mecanismo adicional de relaxação da magnetização. Um fenômeno investigado nesta tese foi a geração de uma tensão elétrica dc que ocorre como conseqüência da propagação de uma corrente pura de spin em um meio NM. A propagação de uma corrente pura de spin em um meio que possua forte interação spinórbita gera uma separação de cargas na direção perpendicular à da corrente de spin. Esta separação de cargas ocorre devido ao chamado efeito Hall de spin inverso. O sistema investigado foi uma bicamada de Py/Pt. Neste sistema verificamos que a tensão dc gerada na condição de FMR é explicada como devido à superposição de dois efeitos: a contribuição devido à magnetoresistência anisotrópica (AMR) e outra contribuição devida efeito de spin pumping. Um dos resultados mais significativos desta tese foi a elaboração de um modelo teórico que consegue explicar todos os resultados experimentais, bem com a dependência da tensão dc em função das espessuras das camadas FM e NM