Propriedades ópticas e magnéticas de materiais de interesse para spintrônica

Abstract

Resumo: Este trabalho tem por objetivo a caracterização de dois materiais com aplicaões potenciais em Spintrônica, sendo eles o dióxido de cério CeO2 e o arseneto de manganês MnAs. O primeiro possui diversas propriedades interessantes, fazendo com que filmes finos desse material sejam propostos para a utilização em dispositivos ópticos, eletro-ópticos, magneto-ópticos, microeletrônicos e opto-eletrônicos, além de aplicações em catálise. Recentemente, mostrou-se que este óxido, sem acréscimo de qualquer dopante, apresenta surpreendentes propriedades magnéticas cujas origens estão ligadas à presença de vacâncias de oxigênio. Assim, este material versátil passou a ser de interesse da comunidade de spintrônica. Já o MnAs é um material muito promissor para utilização como injetor de spin em dispositivos que integrem à temperatura ambiente materiais ferromagnéticos e semicondutores, apresentando significativo efeito magnetocalórico além de ser magnetoestrictivo. Para os filmes de óxido de cério crescidos por spray pirólise, foram realizadas as caracterizações de propriedades ópticas e magnéticas. Verificou-se uma relação entre a forma do espectro da emissão luminosa do óxido de cério e a presença ou não de magnetismo. Assim, a proposta foi identificar uma assinatura magnética deste material a partir de um técnica simples como fotoluminescência. O filme de MnAs foi crescido por MBE em um substrato de GaAs, e sendo que, para esta amostra, estudou-se a influência da transição de fase magnética-não magnética sobre as propriedades elásticas do material, na forma da propagação de uma onda acústica de superfície. Medidas de propriedades magnéticas revelam que esta técnica é altamente sensível à evolução dos domínios magnéticos durante a transição. A assinatura encontrada da mudança de fase mostrou-se válida mesmo quando as medidas foram realizadas sob campo nulo.

Abstract: The aim of this work is the characterization of two materials with potential applications in Spintronics, those materials are the cerium oxide CeO2 and manganese arsenide MnAs. CeO2 exhibits very interesting properties and thin films of this material are proposed for use in optical, electro-optics, magneto-optics, microelectronics and optoelectronics devices, as well as in catalysis applications. Recently, it was shown that this oxide, without addition of any dopant, becomes ferromagnetic with the origin of the magnetism connected to the presence of oxygen vacancies. The versatility of this material has attracted the interest of the spintronics community. The manganese arsenide presents large magnetocaloric effect around room temperature together with magnetostriction effects. It is a very promising material to be used as spin injector in spintronic devices that integrate ferromagnetic and semiconductor materials. Cerium oxide films were grown by spray pyrolysis technique. Optical and magnetic properties were characterized using various different techniques and it was found a connection between the shape of the light emission spectrum and the presence of magnetism. This relation allows us to propose that it is possible to identify the magnetic signature of this material by photoluminescence technique. MnAs films were grown by MBE on GaAs substrates. It was studied through surface acoustic wave technique (SAW) the influence of the magnetic-nonmagnetic phase transition on the elastic properties of material. Magnetic properties measurements, showed that this SAW technique is highly sensitive to the evolution of magnetic domains during the magnetic phase transition. The signature associated with the phase transition persists even when measurements are performed at zero field.