Crescimento e caracterização de filmes finos do sistema binário Mn-Ga sobre substratos de SiO2/Si(100) através da técnica de epitaxia por feixe molecular

Abstract

Resumo: As ligas do sistema binÁrio Mn-Ga possuem propriedades interessantes do ponto de vista científico e tecnológico. Em especial, quando na forma de filme fino, esta liga pode exibir forte anisotropia uniaxial, apresentando campos coercivos e magnetização remanente altos na direção perpendicular ao plano dos filmes, dependendo da relação de epitaxia sobre o substrato. Estas propriedades tornam o sistema Mn-Ga interessante para dispositivos spintrônicos e de gravação magnética. Neste trabalho filmes finos do sistema binário Mn-Ga foram depositados sobre substrato de SiO2/Si(100) através da técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). Todas as amostras foram crescidas em temperatura ambiente e recozidas em diferentes temperaturas, entre 200 e 400 ?C. A espessura nominal dos filmes obtidos 'e de 60 nm. Foram realizadas caracterizações estruturais, morfológicas, estequiométricas superficial e magnéticas através das técnicas de difração de raio-X (DRX), microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia de fotoemissão de raios-X (XPS) e magnetometria por amostra vibrante (VSM), respectivamente. Medidas de XPS indicaram que todas as amostras possuem manganês e gálio em sua superfície, exceto a amostra recozida a 400 ?C que também apresenta oxigênio. A DRX identificou que os filmes crescidos são dos compostos Mn2Ga e ?-Mn8Ga5. A amostra que possui oxigênio na superfície não formou nenhuma fase do sistema Mn-Ga. De acordo com medidas de AFM e VSM, as características magnéticas das amostras estão relacionadas com sua morfologia. As amostras recozidas em 300 ?C apresentaram comportamento ferromagnético duro, com campos coercivos de 17,66 e 16,73 kOe e remanências de 64,6 e 67 % em 300 K. Outra observação experimental importante é a de que as amostras recozidas em 300 ?C apresentaram um comportamento típico de vórtices magnéticos quando o campo magnético é aplicado perpendicular ao plano do filme.

Abstract: Mn-Ga alloys have interesting properties in the scientific and technological point of view. Thin films of these alloys can exhibit high values of perpendicular magnetic anisotropy, coercivity and remanent magnetization depending on the epitaxial relation with substrates. These properties make the Mn-Ga alloys interesting for spintronic and magnetic recording devices. In this work, thin films of Mn-Ga alloys were prepared on SiO2/Si(100) substrates using molecular beam epitaxy (MBE). All the samples were prepared at room temperature and annealed between 200 and 400 ?C. The nominal thickness of the films is 60 nm. The magnetic, stoichiometric , morphological and structural characterizations were carried out by vibrating sample magnetometer (VSM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM) and X-ray difraction (DRX), respectively. The XPS measurements indicated that all the samples contain manganese and gallium at films surfaces, but the sample annealed at 400 ?C also contains oxygen. While, the XRD data indicated that films are composed by Mn2Ga and ?-Mn8Ga5, the sample with oxygen in surface didn't contain Mn-Ga alloy. According to AFM and VSM measurements, the sample's magnetic properties are related with the morphology. The samples annealed at 300 ?C presented a hard ferromagnetic behavior, with coercive fields of 17,66 and 16,73 kOe and remanent magnetization of 64,6 and 67 % at 300 K. Another significant experimental observation was the vortex magnetism behavior presented by the samples annealed at 300 ?C for magnetic fields apllied perpendicular to the film plane.