Filmes finos de ligas binárias Mn-Ga crescidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular sobre GaAs (111) B.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Arins, Alexandre Werner
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/31882
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Dante Homero Mosca Jr.
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPEMosca, Dante HomeroArins, Alexandre Werner2024-05-09T18:56:55Z2024-05-09T18:56:55Z2013https://hdl.handle.net/1884/31882Orientador: Prof. Dr. Dante Homero Mosca Jr.Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia - PIPE. Defesa: Curitiba, 28/06/2013Bibliografia: fls. 108-109Área de concentração: Engenharia e Ciência de MateriaisResumo: Neste trabalho é investigado o crescimento de filmes de ligas binárias Mn-Ga sobre substratos comerciais de GaAs(111)B usando a técnica de epitaxia por feixe molecular. São investigadas as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas de amostras fabricadas sob várias condições de crescimento. Uma parte das análises dos processos de preparação, crescimento e tratamento térmico das amostras foi realizada in situ com as técnicas de difração de elétrons de alta energia refletidos e espectroscopia de fotoelétrons. Complementarmente, foram usadas análises ex situ usando microscopia de força atômica, difração de raios-x e microscopia eletrônica de transmissão. Todos os filmes foram crescidos sobre superfícies GaAs(111)B ricas em arsênio com uma reconstrução conhecida como (1 x 1)HT que é estabilizada mediante a dessorção térmica controlada da camada de óxidos nativos que ocorre próximo à 580 °C. Nos filmes de MnxGa1-x estudados foram variadas a composição (0,37 ? x ? 0,60), a espessura das camadas (5-100 nm) e a temperatura dos substratos (25-250 °C). Os filmes de MnxGa1-x com 5 nm de espessura com x entre 0,53 e 0,60, adotam uma estrutura cristalina com célula unitária tetragonal do tipo zinco-blenda (TZB) com parâmetros a = 5,50 Å e c = 6,10 Å. Os resultados obtidos mostram uma relação epitaxial MnGa (111) // GaAs (111) ao longo da direção de crescimento com uma rotação de 11° ao redor da direção [111] das direções cristalográficas equivalentes no plano (111). A temperatura ambiente, os filmes são ferromagnéticos e a magnetização de saturação observada no plano desses filmes é 650 emu/cm3, correspondendo a 3,2 ?B por átomo de Mn. Nos filmes finos MnGa-TZB, a magnetização no plano é fracamente anisotrópica relativa as projeções sob os eixos cristalográficos a e c, provavelmente devido a existência de domínios epitaxiais equivalentes girados de 120° entre si. A direção normal dos filmes é de difícil magnetização com uma constante de anisotropia magnética efetiva K ~ 1,3 x 107 erg/cm3. Os campos coercivos observados são inferiores a 250 Oe. Para espessuras superiores a 20 nm observou-se à formação de filmes policristalinos, independentemente dos processos de crescimento e recozimentos utilizados. Nos filmes de MnxGa1-x com x entre 0,37 e 0,60 e espessura de 100 nm observou-se à temperatura ambiente uma significativa redução na magnitude da magnetização de saturação para 475 emu/cm3 e drástico aumento nos campos coercitivos que passam a ter valores entre 6,5 a 9,0 kOe. Todos os filmes da liga Mn-Ga diretamente integrados a substratos comerciais de GaAs possuem um alto potencial para aplicações nanotecnológicas nas áreas de dispositivos e mídia magnéticos e na optoeletrônica acoplada a dispositivos spintrônicos.Abstract: In this work is investigate the growth of Mn-Ga binary alloys films on commercial GaAs (111)B substrates using molecular beam epitaxy technique. Structural, electronic and magnetic properties were investigated for several samples prepared under different growth conditions. The analyzes of the preparation, growth and thermal treatment processes were in part performed in situ using reflection high energy electron diffraction and x-ray photoelectron spectroscopy techniques. Complementary, samples were also analyzed ex situ by using atomic force microscopy, x-ray diffraction and transmission electron microscopy techniques. All the films were grown on As-rich GaAs(111)B surfaces with so-called (1 x 1)HT reconstruction, which is stabilized by controlled thermal desorption of the oxide layer at approximately 580 °C. The films of MnxGa1-x with thickness of 5 nm have a crystalline structure with an unitary cell adopting a tetragonal zinc-blend (TZB) with parameters a = 5.50 Å e c = 6.10 Å. The obtained results reveal an epitaxial relationship MnGa (111) // GaAs (111) along the growth direction with a rotation of 11° around [111] direction of the equivalent crystallographic direction in the (111) plane. At room temperature, the films are ferromagnetic with in-plane saturation magnetization 650 emu/cm3 which corresponds to 3.2 ?B per Mn atom. In the films with TZB structure the in plane magnetization is weakly anisotropic relative to the projections along the a and c crystallographic axis, probably due to the existence of equivalent epitaxial domains which are angularly spaced by 120° one relative to the other. Hard magnetization is found along the normal direction with an effective magnetic anisotropy constant of K ~ 1.3 x 107 erg/cm3. The coercive fields observed are smaller than 250 Oe. For films thicker than 20 nm are found polycrystalline films, independently of the growth and annealing procedures. For 100-nm-thick films of MnxGa1-x with x between 0.37 and 0.60 it was observed at room temperature a significant reduction in the magnitude of the saturation magnetization to 475 emu/cm3 and drastic increase in the coercive fields which are ranged between 6.5 and 9.0 kOe. All films of the binary Mn-Ga alloys are grown directly integrated on the commercial GaAs wafers which have high potential for nanotechnological applications in the field of devices and magnetic media as well as spintronic optoelectronics devices.117f. : il. [algumas color.], grafs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalFilmes finosEpitaxia por feixe molecularMagnetismoEngenharia de Materiais e MetalurgiaFilmes finos de ligas binárias Mn-Ga crescidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular sobre GaAs (111) B.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - ALEXANDRE WERNER ARINS.pdfapplication/pdf5254546https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/31882/1/R%20-%20T%20-%20ALEXANDRE%20WERNER%20ARINS.pdfe16b3f7759c8eee7b278fce515c9bb25MD51open accessTEXTR - T - ALEXANDRE WERNER ARINS.pdf.txtExtracted Texttext/plain210951https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/31882/2/R%20-%20T%20-%20ALEXANDRE%20WERNER%20ARINS.pdf.txt9edb307e02f4bd1af74504a50ba52067MD52open accessTHUMBNAILR - T - ALEXANDRE WERNER ARINS.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1131https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/31882/3/R%20-%20T%20-%20ALEXANDRE%20WERNER%20ARINS.pdf.jpg8a68ba5f4eec7b8e3effa5d06138a99fMD53open access1884/318822024-05-09 15:56:55.123open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/31882Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-05-09T18:56:55Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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