Investigação dos processos de spin pumping e spin seebeck em Heteroestruturas magnéticas

Abstract

Nesta dissertação realizamos uma investigação dos fenômenos de spin pumping (SP) e spin Seebeck (SSE) que ocorrem em bicamadas ferromagnéticas / metal normal (FM/NM). Para a camada FM, usamos dois isolantes ferromagnéticos diferentes: Granada de Ítrio e Ferro (YIG- 𝑌3𝐹𝑒5 𝑂12 ) e à Granada de Túlio e Ferro (TIG-𝑇𝑚3𝐹𝑒5 𝑂12). Em cima das amostras TIG (30𝑛𝑚) e TIG (60𝑛𝑚), depositamos uma camada de Pt (4𝑛𝑚). Aplicando um gradiente de temperatura perpendicular, investigamos o SSE na bicamada Pt(4)/TIG(60). A corrente de spin injetada através da interface Pt/TIG foi convertida em uma corrente de carga, que foi detectada pela medição de uma tensão (devido ao efeito Hall de spin inverso (ISHE) que aparece entre dois eletrodos de Cu ligados à camada de Pt. A partir dos dados, extraímos um coeficiente de spin Seebeck de 0,57 𝜇𝑉/𝐾 para a bicamada Pt (4)/TIG(60). Também investigamos SSE em heteroestruturas de Pt(4) / TIG (30)/Au (t)/TIG (60) para t = 8 𝑛𝑚 e t = 16 𝑛𝑚. Ao medir a tensão ISHE da tricamada Pt(4)/TIG(30)/Au/TIG(60) por SSE extraímos o coeficientes de spin Seebeck de 0,10 𝜇𝑉/𝐾 e 0,07 𝜇𝑉/𝐾 para as tricamadas com 𝑡𝐴𝑢 = 8 𝑛𝑚 e 16 𝑛𝑚, respectivamente. A partir das curvas de histerese, medimos os passos que correspondem à comutação de magnetização de cada camada. Também investigamos FMR e fenômenos de spin pumping em bicamadas de YIG (1μm)/NM, onde NM = Pt (6𝑛𝑚), Ta (6𝑛𝑚) e W (6𝑛𝑚). Verificou-se que enquanto o ângulo de Hall de spin (SHA) de Pt é positivo, Ta e W apresentam SHA negativo. Para uma potência de micro-ondas incidente de 116 𝑚𝑊, foi medida uma corrente ISHE de 24 𝑛𝐴 para YIG / Pt (7,5), -26 𝑛𝐴 para YIG / Ta (6) e -17 𝑛𝐴 para YIG/W (6). Para entender o efeito da incorporação de partículas nanoscópicas de Ag no NM, investigamos FMR e fenômenos de spin pumping nas seguintes heteroestruturas: (i) YIG/Pt(3) [Ag(8)]Pt(3), (ii) YIG/Ta(3)[Ag(8)]Ta(3), (iii) YIG/W(3)[Ag(8)]W(3). Os resultados foram comparados com os obtidos para as bicamadas de YIG/Pt(7,5), YIG/Ta(6) e YIG/W(6). Verificamos que a corrente ISHE aumentou 12 vezes na heteroestrutura YIG/Pt(3)[Ag(8)]Pt(3) em comparação com a bicamada de YIG/Pt(7,5). Por outro lado, a corrente ISHE aumentou 3 vezes na heteroestrutura YIG/Ta(3)[Ag(8)]Ta(3) em comparação com a bicamada de YIG/Ta(6). Surpreendentemente, a corrente ISHE diminuiu 17 vezes na heteroestrutura YIG/W(3)[Ag(8)]W(3) em comparação com a bicamada de YIG/W(6). Finalmente, investigamos os fenômenos FMR e SSE em YIG-Pr/Bi2Se3 e BIG/Bi2Se3, onde YIG-Pr é um filme YIG dopado com Pr e BIG é um filme YIG Bi-dopado. Surpreendentemente, detectamos que a largura de linha FMR de YIG-Pr/Bi2Se3(6nm) e BIG /Bi2Se3(6nm), exibe uma queda constante após alguns dias do processo de deposição por sputtering. Para serem compreendidos, esses resultados também precisam de mais investigação.