NanofabricaÃÃo com microscÃpio de forÃa atÃmica: estruturas magnÃticas confinadas e transporte magnÃtico

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Nesta tese foram desenvolvidas duas tÃcnicas de litografia do tipo bottom-up usando o MicroscÃpio de ForÃa AtÃmica (MFA). Foram fabricadas estruturas magnÃticas mesoscÃpicas com vÃrias geometrias. As estruturas bÃsicas foram nanofios metÃlicos magnÃticos com espessuras a partir de 3.5 nm, larguras a partir de 300 nm e comprimentos a partir de 10 μm. Foram detalhadamente desenvolvidas duas tÃcnicas de nanofabricaÃÃo: nanofabricaÃÃo mecÃnica e nanofabricaÃÃo por oxidaÃÃo anÃdica local. Foram estudados processos de reversÃo da magnetizaÃÃo em geometrias confinadas utilizando tÃcnicas de transporte elÃtrico. Foram desenvolvidos modelos analÃticos que interpretam satisfatoriamente os processos de magnetizaÃÃo nas estruturas fabricadas. Na primeira tÃcnica de fabricaÃÃo o padrÃo de interesse à transferido mecanicamente utilizando a sonda de MFA para remover o polÃmero polimetil metacrilato (PMMA) apenas na regiÃo desejada, atà expor o substrato de Si(001). Em seguida o material de interesse à depositado pela tÃcnica de sputtering sobre toda a superfÃcie da amostra cobrindo tanto o PMMA restante como o padrÃo desenhado, deixando o material depositado na Ãrea litografada em contacto com o substrato. Na segunda tÃcnica desenvolvida fabrica-se uma mÃscara de Ãxido de germÃnio (GeO2) sobre a superfÃcie de PMMA. O padrÃo de GeO2 à fabricado pela tÃcnica de OxidaÃÃo AnÃdica Local onde a sonda de MFA à usada como eletrodo para realizar a oxidaÃÃo numa atmosfera com humidade controlada. O processo à composto das seguintes etapas: (i) deposiÃÃo da camada de PMMA de 90 nm de espessura por spin coating sobre o substrato de Si (001), onde foi previamente depositada uma camada de SiO2; (ii) tratamento tÃrmico do filme de polÃmero para evaporaÃÃo dos solventes; (iii) deposiÃÃo por sputtering do filme de Ge de espessura de 7 nm sobre a superfÃcie de PMMA; (iv) processo de oxidaÃÃo por anodizaÃÃo local da superfÃcie de Ge utilizando a sonda de MFA (nesta etapa à fabricado o padrÃo desejado de GeO2); (v) remoÃÃo do GeO2 utilizando simplesmente Ãgua, deixando a superfÃcie de PMMA exposta apenas na regiÃo litografada; (vi) remoÃÃo do PMMA apenas na regiÃo litografada utilizando-se ataque por plasma de O2 (dry etching); (vii) deposiÃÃo por sputtering do material de interesse (metal magnÃtico) sobre a mÃscara; (viii) remoÃÃo do material indesejado atravÃs de banho de acetona finalmente deixando a nanoestrutura desejada sobre o substrato. Um estudo detalhado de todo o processo mostrou a importÃncia do controle completo de todos os parÃmetros envolvidos para garantir a reprodutibilidade das estruturas fabricadas. Investigamos o processo de OxidaÃÃo AnÃdica Local do filme de Ge em funÃÃo do tipo da tensÃo aplicada (dc ou pulsada) e verificamos que o processo de crescimento do Ãxido passa por dois regimes: crescimento vertical e crescimento lateral. A dependÃncia da dimensÃo do Ãxido de Ge com a forma de onda e com o valor da tensÃo aplicada foi interpretado com base em um modelo desenvolvido por Cabrera-Mott. Tendo dominado todo o processo de nanofabricaÃÃo descrito acima foi possÃvel fabricar estruturas planares metÃlicas magnÃticas. Foram fabricados nanofios de diferentes geometrias e diferentes metais magnÃticos. Utilizamos tÃcnicas de transporte elÃtrico dc para investigar os processos de reversÃo da magnetizaÃÃo em nanofios com seÃÃo transversal retangular, que neste caso possuem uma forte anisotropia uniaxial originada pelo confinamento. A tÃcnica de magnetoresistÃncia se mostrou muito sensÃvel para identificar claramente o campo magnÃtico de reversÃo da magnetizaÃÃo em funÃÃo do campo aplicado e do Ãngulo entre o campo e o eixo do fio. Foi mostrada que a dependÃncia angular do campo de reversÃo da magnetizaÃÃo nestas estruturas confinadas à uma assinatura do modo de instabilidade da magnetizaÃÃo que ocorre imediatamente antes da reversÃo. Mostramos que a reversÃo da magnetizaÃÃo nos nanofios de Permalloy (Ni81Fe19) de seÃÃo retangular ocorre pelo processo de Buckling. Usamos um modelo analÃtico baseado na teoria do princÃpio variacional, proposta por Brown, que calcula o campo de nucleaÃÃo e que interpreta de forma correta a dependÃncia angular do campo de reversÃo da magnetizaÃÃo. TambÃm foram investigadas propriedades de fios mesoscÃpicos depositados sobre substratos mais exÃticos como granadas monocristalinas de Ãtrio e ferro dopadas com bismuto

ASSUNTO(S)

local anodic oxidation microscopia de forÃa atÃmica fisica litografia por microscopia de forÃa atÃmica oxidaÃÃo anÃdica local nucleaÃÃo da magnetizaÃÃo magnetization nucleation magnetic nanostructures nanoestruturas magnÃticas atomic force microscopy lithography

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