Processos de Magnetização e Magnetoimpedância em Filmes com Exchange Bias

In this work, the magnetization process and the magnetoimpedance effect in thin films with exchange bias were studied. We have investigated NiO/NiFe and NiFe/FeMn/Ta multilayer produced by magnetron sputtering on glass and Si(100) substrates, respectively. The exchange anisotropy in the NiO/NiFe samples were induced by a field cooling process, with a static magnetic field (2 kOe), from a temperature Tc > T > TN to the room temperature. In the NiFe/FeMn samples, the exchange anisotropy was induced during the deposition by application of a static magnetic field (460 Oe). The structural characterization was made by high angle x-ray diffraction in a q-2q setup and Cu-Ka radiation. The static magnetic characterization was performed by a VSM. The real and imaginary parts of the impedance were measured as a function of the current frequency (100kHz 1.8 GHz) and of the magnetic field intensity (± 300 Oe). The NiO multilayer was insensitive to the magnetoimpedance. The magnetoimpedance ratio was as large as 70 % in the NiFe/FeMn/Ta multilayer. On the other hand, the center of symmetry of the MI curves are shift of the position around H = 0 to H = Heb. The angular dependencies of the exchange bias field were calculated to prove the Mauri model to the exhange bias. The dispersion relation obtained by MI vs. f curves was fitting combined the Smit-Beljers approach to the FMR and mode s Mauri to the exchange bias. This fitting allowed that intrinsic parameters, such as the anisotropies of the system, were obtained. In summary, the MI and EB effects were grouped to origin a new magnetic system with singular magnetic characteristics. The MI curves are shift with respect to H = 0 and it allowed that the EB effect could be studied through the MI measurement.Neste trabalho são investigados os processos de magnetização e a magnetoimpedância (MI) em filmes com exchange bias (EB). São estudados dois conjuntos de amostras: Ni50O50/Ni81Fe19 e Ni81Fe19/Fe50Mn50/Ta produzidas como bi e multi-camadas. As amostras foram produzidas por magnetron sputtering sobre substrato de vidro e Si (100), respectivamente. No primeiro caso a anisotropia de troca foi induzida após a deposição através de um processo de resfriamento em campo desde T > TN (onde TN é a temperatura de Néel do antiferromagneto) até a temperatura ambiente. No segundo caso o EB foi induzido durante o crescimento das amostras através da aplicação de um campo estático de 460 Oe. A caracterização estrutural das amostras foi feita via medidas de difração de raios-x XRD) a altos ângulos, utilizando uma configuração q-2q e radiação Cu-Ka. A caracterização magnética estática foi feita através de medidas de magnetização obtidas com um magnetômetro de amostra vibrante (VSM) que permite a aplicação de um campo em diferentes orientações em relação a uma direção de referência. As componentes resistivas e indutivas da impedância foram medidas em função da freqüência (100 kHz 1.8 GHz) e do campo estático (H = ± 300 Oe). As impedâncias das multicamadas de NiO foram praticamente insensíveis as variações de campo e de freqüência, devido principalmente as altas anisotropias e relativamente baixas espessuras destas estruturas. Variações de impedância de até 70 % foram obtidas com as multicamadas de iFe/FeMn/Ta. Além disso, as curvas de MI obtidas são inteiramente deslocadas da posição de simetria usual em torno de H = 0, para o caso de uma amostra com anisotropia uniaxial, para H = Heb (onde Heb é campo de bias obtido das curvas de magnetização estática pela medida do deslocamento do centro da curva de histerese). A dependência angular do campo de bias, em relação ao ângulo entre o campo estático (aplicado no plano do filme) e a direção preferencial da anisotropia (paralela à direção do campo de resfriamento) foi obtida. Os dados experimentais foram ajustados usando um modelo de Stoner-Wolfarth modificado pela inclusão de um temo de troca e de um termo associado à formação de uma parede de domínios no material antiferromagnético na expressão para a densidade de energia livre magnética. A relação de dispersão (fr vs. H) foi experimentalmente obtida dos espectros em freqüência da MI, os quais apresentam nítidas características associadas à ressonância ferromagnética (FMR). Do ajuste teórico da relação de dispersão utilizando a fórmula de Smit-Beljers, na qual a freqüência de ressonância é expressa em termo dos ângulos de equilíbrio da magnetização e das derivadas em segunda ordem da energia em relação a estes ângulos, parâmetros intrínsecos das amostras, tais como as anisotropias, foram estimados. Em suma, unindo o EB e a MI em um único sistema foram criadas amostras com características magnéticas singulares. As curvas de MI destas amostras são deslocadas em relação ao eixo dos valores de campo