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Title: Interação entre ferromagnetos e supercondutores em nanoestruturas fabricadas por ablação a laser e litografia por feixe de elétrons
Authors: Pereira, Estéfani Marchiori
metadata.dc.contributor.advisor: Xing, Yutao
metadata.dc.contributor.members: Mello, Evandro Vidor Lins de
Doria, Mauro Melchiades
Xing, Yutao
Issue Date: 2014
Abstract: Dois fenômenos de natureza antagônica juntos em um sistema híbrido podem apresentar propriedades muito diferentes, e um exemplo é o sistema híbrido de supercondutividade e ferromagnetismo, onde diversos novos fenômenos podem ser observados, como vórtices espontâneos. Aqui, dois sistemas híbridos supercondutor-ferromagneto foram estudados: Um consistindo de uma camada de Nb(200 nm) entre duas camadas de nanopartículas ferromagnéticas de Ni( ∼5 nm), preparadas por ablação a laser, com os gases Ar e O2 para produção das nanopartículas; O outro consiste de uma primeira camada feita de nanodiscos ferromagnéticos de Py( ∼1 𝜇m) desenvolvidos com litografia por feixe de elétrons, com uma disposição de rede quadrada com determinadas distâncias entre nanodiscos adjacentes, cobertos por uma segunda camada de Al2O3, ambos depositados por pulverização catódica, e por fim uma terceira camada supercondutora de Nb(200 nm) preparada por ablação a laser. As nanopartículas de Ni no primeiro sistema estão em contato direto com a camada de Nb e como resultado, o efeito de proximidade está presente no sistema. Diferentemente, os nanodiscos de Py no segundo sistema estão eletricamente isolados da camada de Nb, que pode eliminar o efeito de proximidade, assim a interação entre nanodiscos magnéticos e o Nb supercondutor ocorre somente através dos campos magnéticos remanescentes dos nanodiscos de Ni. A microestrutura estudada mostra que as nanopartículas feitas em gás Ar e O2 possuem formatos muito diferentes: uma (preparada em Ar) é cubica e a outra (preparada em O2) é esférica. Os diferentes formatos das nanopartículas de Ni apresentam influência muito diferente sobre as propriedades supercondutoras da camada de Nb: a amostra com nanopartículas de Ni(Ar) não apresenta uma transição de vortex vidro e a amostra com nanopartículas de Ni(O2) mostra um estado de vortex vidro bem claro sem qualquer campo magnético externo aplicado, indicado pelas medidas V(I). No segundo sistema, as medidas de transporte indicam a formação de clusters de vórtices na camada supercondutora sobre os nanodiscos magnéticos devido aos momentos magnéticos deles, e os vórtices induzidos por um único nanodisco podem formar uma fase de vortex vidro. A dimensão do espaçamento entre discos desempenha também um papel muito importante. A amostra com uma distância muito grande entre nanodiscos não mostrou uma curva V(I) com formato ’S’ mas possui uma fase vortex vidro; quando diminui a distância entre discos, as curvas V(I) próximas à temperatura de transição vortex vidro deformaram para um formato ’S’, indicando que os vórtices induzidos pelos diferentes nanodiscos estão interagindo uns com os outros quando as distâncias entre discos são menores do que um valor crítico.
metadata.dc.description.abstractother: Two phenomena with antagonistic nature together in a hybrid system can have very different properties and one of the samples is the hybrid of superconductivity and ferromagnetism in which many new phenomena can be observed, such as spontaneous vortices. Here two superconducting-ferromagnetic hybrid systems have been studied: one consists of a Nb layer(200 nm) between two layers of ferromagnetic Ni nanoparticles( ∼5 nm), which is prepared by pulsed laser deposition(PLD) with Ar and O2 for the production of Ni nanoparticles; the other consists of a first layer made of ferromagnetic permalloy (Py) nanodisks( ∼1 𝜇m)developed by e-beam lithography, with the arrangement of square lattice with certain distances between two adjacent nanodisks, covered by a second layer of Al2O3, both deposited by magnetron sputtering, and finally a third layer of superconducting Nb(200 nm) prepared by PLD. The Ni nanoparticles in the first system are in direct contact with the Nb layer and as a result, the proximity effect in the system is presented. In contrast, the Py nanodisks in the second system are electrically insulated from the Nb layer which can eliminate the proximity effect, thus the interaction between the magnetic nanodisks and superconducting Nb is through the magnetic stray fields of Ni nanodisks only. The microstructure study shows that the nanoparticles made in Ar and O2 gases have very different shapes: one (prepare in Ar) is cubic and the other (prepared in O2) is spherical. The different shapes of the Ni nanoparticles have very different influence on the superconducting properties of the Nb layer: the sample with Ni (Ar) nanoparticles does not show a vortex glass transition and the sample with Ni (O2) nanoparticles shows a very clear votex glass state without any external magnetic field applied, indicated by the V(I) measurements. In the second studied system, the transport measurements indicate the formation of vortex clusters in the superconducting layer on the top of the magnetic nanodisks due to the magnetic moments of them and the vortices induced by a single nanodisk may form a vortex glass phase. The spacing dimension between the disks plays a very important role as well. The sample with very large distance between the nanodisks does not show an ’S’ shape V(I) curve but has a vortex glass phase; when decrease the distance between the disks, the V(I) curves near the vortex glass transition temperature deformed to a ’S’ shape, indicating that the vortices induced by different nanodisks are interacting with each other when the distance between the disks are smaller then an critical value.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/3949
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