Structural and magnetic properties of electrodeposited Co nanowires

Orientador: Kleber Roberto PirotaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Redes de nanofios (NF) magnéticos têm atraído muita atenção devido suas possíveis aplicações tecnológicas. Do ponto de vista tecnológico tais redes poderiam ser utilizadas em diversas aplicações tais como dispositivos spintrônicos, sistemas de armazenamento de memória magnética, elementos sensores de campo magnético e em diversas aplicações biológicas. Por outro lado, do ponto de vista da ciência de base é fundamental compreender o efeito da baixa dimensionalidade nas propriedades magnéticas dos materiais. Muitas das propriedades magnéticas dos NF decorrem simplesmente de sua geometria. Neles, há uma forte anisotropia magnética de forma que tende a manter os momentos magnéticos alinhados ao eixo principal dos NF. No cobalto com estrutura hexagonal compacta (hcp), os momentos magnéticos tendem a se alinhar em uma direção cristalina preferencial (eixo c), ou seja, há uma anisotropia magnetocristalina. Tal anisotropia é da mesma ordem de grandeza da anisotropia de forma de NF ideias (cujo comprimento é muito maior que o diâmetro). Nanofios de cobalto hcp são interessantes basicamente porque suas propriedades magnéticas dependerão fortemente da estrutura cristalina (tamanho do grão e orientação do cristal em relação ao eixo principal dos nanofios). Como as duas contribuições de anisotropia são da mesma ordem de grandeza, pode-se controlar a anisotropia efetiva ao longo do NF através do controle da direção cristalina. Neste trabalho foram produzidas redes de NF de Co via eletrodeposição em moldes de membrana nanoporosa de alumínio anodizado (MNPAA). Alterou-se a estrutura cristalina dos NF através do pH de eletrodeposição (1,9; 3,9 e 5,5). Os NF possuem diâmetro de 35 nm, comprimento de ~10 ?m e a distância entre eles na rede é de 110 nm . A estrutura cristalina foi estudada através de técnicas de microscopia eletrônica (de varredura e de transmissão) e por difração de raios-X. As propriedades magnéticas foram inferidas através de técnicas de magnetometria. Foram obtidas curvas de histerese em função da temperatura e do ângulo entre o campo magnético aplicado e o eixo principal dos NF. Também foram obtidas curvas de magnetização inicial com o campo aplicado paralelo e perpendicular aos NF, e após diferentes ciclos de desmagnetização. Também foram feitos alguns breves estudos sobre o efeito do tratamento térmico nas propriedades magnéticas dos NF; sobre a dieletroforese, que é uma técnica de separação dos NF removidos da MNPAA e dispersos em solução, e sobre as alterações morfológicas e grau de oxidação dos nanofios quando retirados da MNPAA. Observou-se que para pH¿s baixos o eixo c é perpendicular ao eixo principal e os grãos são pequenos. O aumento do pH tende a tornar o eixo c paralelo ao eixo principal dos nanofios, o que aumenta a anisotropia magnética efetiva da rede. O tamanho dos grãos também aumenta com o pH, tornando o meio cristalino local mais expressivo no processo de inversão da magnetização. Também se observou que, dependendo da direção do eixo c, a diminuição da temperatura pode inverter a direção fácil de anisotropia efetiva dos nanofios, devido ao aumento da anisotropia magnetocristalinaAbstract: Magnetic nanowire (NW) arrays have been attracting great attention due to their possible technological applications. Such arrays are promising candidates for different applications, such as spintronic devices, magnetic memory storage systems, magnetic field sensors and in several biological systems. On the other hand, from a basic science point of view, it is fundamental to understand the low dimensionality effect on materials magnetic properties. Many of the NW magnetic properties simply occur due to its elongated geometry. It creates a strong magnetic anisotropy which tends to maintain the magnetic moments aligned to the NW¿s main axis. In bulk cobalt with a hexagonal compact structure (hcp), the magnetic moments tend to align in a preferential crystalline direction, i.e. there is a magnetocrystalline anisotropy. Such anisotropy is of the same order of magnitude than NW¿s shape anisotropy (when the length is much bigger than the diameter). Hcp cobalt nanowires are mainly interesting because their magnetic properties strongly depend on their crystalline structure (grain size and crystal orientation with respect to the NW main axis). Since the two anisotropy contributions are of the same order of magnitude, we can control the effective anisotropy along the NW by controlling the crystalline structure orientation. In this study were produced Co NW arrays through eletrodeposition in aluminum nanoporous templates. The NW crystalline structure was altered by the pH during the eletrodeposition process. The NW present a diameter of 35 nm, length of ~10 ?m and an interwire distance of 110 nm. The crystalline structure was investigated through electronic microscopy techniques (scanning and transmission) and X-ray diffraction. The magnetic properties were inferred through magnetometry techniques. Hysteresis curves were obtained as a function of temperature and of the angle between the applied magnetic field and the NW¿s main axis. Initial magnetization curves with the applied field parallel and perpendicular to the NW, and after different demagnetization cycles, were also obtained. Finally, some brief studies have also been made about the effect of heat treatment on the NW magnetic properties; about dielectrophoresis, which is a separation technique for the NW removed from the alumina template and dispersed in solution; and about the morphological changes and the NW oxidation degree when removed from the alumina templateMestradoFísicaMestre em Físic