Publicação

Nanoestruturas compósitas magnéticas por ablação laser

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Os filmes finos multiferróicos nanoestruturados construídos pela combinação de materiais magnetostritivos e piezoelétricos têm, desde a década de 60, atraído interesse científico e tecnológico. Além de possuírem ferroeletricidade e ferromagnetismo em cada fase individual, mostram um acoplamento mediado por tensão mecânica entre suas propriedades magnéticas e elétricas, denominado por efeito magnetoelétrico. Esse acoplamento entre seus graus de liberdade magnético e elétrico pode então dar origem a novos fenômenos e aplicações físicas. Neste contexto, a melhoria da transferência de deformação entre as fases em compósitos multiferróicos pode ser alcançada em nanoestruturas, devido à capacidade de combinar os materiais a nível atómico. A exploração de novos materiais e sistemas envolvendo múltiplas funcionalidades na mesma estrutura (elétrica, magnética e ótica) amplia as perspetivas de possíveis aplicações. Neste trabalho foram sintetizados sistemas multiferróicos, constituídas for filmes ferroelétricos preparados sobre substratos magnetostritivos (ferromagnéticos) e bicamadas de um ferroelétrico preparado sobre um filme ferromagnético. Iniciou-se pelo estudo de (Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3 (BCZT), um bom piezoelétrico, sobre metglas, um material magnético amorfo com uma magnetostrição alta, candidatos a formar nanoestruturas multiferróicas com acoplamento elevado. Contudo, o BCZT cristaliza a 700oC e o metglas tende a decompor-se a 450oC. Considerando a baixa penetração do feixe de laser excímeros ( = 248nm) no material, realizou-se a deposição da fase BCZT a baixas temperaturas (400oC), e procedeu-se posteriormente ao recozimento laser para cristalizar o filme. Foi caracterizada a influência dos diferentes parâmetros de preparação sobre a cristalização dos filmes e sobre as suas propriedades elétricas. Estudou-se também um outro sistema, depositando-se titanato de bário, BaTiO3 na superfície de substratos de terfenol. Caracterizaram-se as propriedades estruturais, microestruturais e dielétricas. O niobato de lítio (LiNbO3) é também um material ferroelétrico (TC=1230oC) amplamente utilizado em dispositivos eletro-óticos. Devido às suas elevadas propriedades piezoelétricas, piroelétricas, eletro-ópticas, birrefringentes, fotorrefrativas e fotoelásticas, apresenta uma rica variedade de propriedades favoráveis às aplicações. Por outro lado, a ferrite de cobalto apresenta uma anisotropia magnetocristalina alta e magnetostricção elevada, tornando-a adequada para aplicação em filmes finos compósitos magnetoelétricos. Foram preparados filmes finos bicamada, compostos por uma camada de LiNbO3 depositada sobre um filme de CoFe2O4, por ablação a laser em substratos de Si cobertos com platina (001). As suas propriedades estruturais, microestruturais e dielétricas foram caracterizadas. As medidas de difração de raios X mostram que os filmes são policristalinos, apresentando a fase ferroelétrica romboédrica no LiNbO3 e a estrutura cúbica no CoFe2O4. As imagens de microscopia eletrónica mostram filmes densos, com espessuras de camada de ferrite de cobalto e niobato de lítio na faixa de 100-200nm e 400-800nm, respetivamente. As suas propriedades dielétricas foram caracterizadas por espectroscopia de impedância, para temperaturas de 15-200ºC e na faixa de frequência de 10Hz - 3MHz. Utilizando modelos apropriados para o comportamento da polarização (Cole-Cole, Havriliak-Negami) e incluindo uma contribuição de condutividade, modelizou-se e ajustou-se a permitividade elétrica (componentes real e imaginária), para obter os tempos de relaxação e energias de ativação. Como tal, a influência das condições de síntese nas propriedades dielétricas dos filmes e, em particular, sua evolução com espessuras de camadas individuais, são discutidas e apresentadas.
Autores principais:	Silva, Bruna Machado da
Assunto:	Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais
Ano:	2019
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	português
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	Os filmes finos multiferróicos nanoestruturados construídos pela combinação de materiais magnetostritivos e piezoelétricos têm, desde a década de 60, atraído interesse científico e tecnológico. Além de possuírem ferroeletricidade e ferromagnetismo em cada fase individual, mostram um acoplamento mediado por tensão mecânica entre suas propriedades magnéticas e elétricas, denominado por efeito magnetoelétrico. Esse acoplamento entre seus graus de liberdade magnético e elétrico pode então dar origem a novos fenômenos e aplicações físicas. Neste contexto, a melhoria da transferência de deformação entre as fases em compósitos multiferróicos pode ser alcançada em nanoestruturas, devido à capacidade de combinar os materiais a nível atómico. A exploração de novos materiais e sistemas envolvendo múltiplas funcionalidades na mesma estrutura (elétrica, magnética e ótica) amplia as perspetivas de possíveis aplicações. Neste trabalho foram sintetizados sistemas multiferróicos, constituídas for filmes ferroelétricos preparados sobre substratos magnetostritivos (ferromagnéticos) e bicamadas de um ferroelétrico preparado sobre um filme ferromagnético. Iniciou-se pelo estudo de (Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3 (BCZT), um bom piezoelétrico, sobre metglas, um material magnético amorfo com uma magnetostrição alta, candidatos a formar nanoestruturas multiferróicas com acoplamento elevado. Contudo, o BCZT cristaliza a 700oC e o metglas tende a decompor-se a 450oC. Considerando a baixa penetração do feixe de laser excímeros ( = 248nm) no material, realizou-se a deposição da fase BCZT a baixas temperaturas (400oC), e procedeu-se posteriormente ao recozimento laser para cristalizar o filme. Foi caracterizada a influência dos diferentes parâmetros de preparação sobre a cristalização dos filmes e sobre as suas propriedades elétricas. Estudou-se também um outro sistema, depositando-se titanato de bário, BaTiO3 na superfície de substratos de terfenol. Caracterizaram-se as propriedades estruturais, microestruturais e dielétricas. O niobato de lítio (LiNbO3) é também um material ferroelétrico (TC=1230oC) amplamente utilizado em dispositivos eletro-óticos. Devido às suas elevadas propriedades piezoelétricas, piroelétricas, eletro-ópticas, birrefringentes, fotorrefrativas e fotoelásticas, apresenta uma rica variedade de propriedades favoráveis às aplicações. Por outro lado, a ferrite de cobalto apresenta uma anisotropia magnetocristalina alta e magnetostricção elevada, tornando-a adequada para aplicação em filmes finos compósitos magnetoelétricos. Foram preparados filmes finos bicamada, compostos por uma camada de LiNbO3 depositada sobre um filme de CoFe2O4, por ablação a laser em substratos de Si cobertos com platina (001). As suas propriedades estruturais, microestruturais e dielétricas foram caracterizadas. As medidas de difração de raios X mostram que os filmes são policristalinos, apresentando a fase ferroelétrica romboédrica no LiNbO3 e a estrutura cúbica no CoFe2O4. As imagens de microscopia eletrónica mostram filmes densos, com espessuras de camada de ferrite de cobalto e niobato de lítio na faixa de 100-200nm e 400-800nm, respetivamente. As suas propriedades dielétricas foram caracterizadas por espectroscopia de impedância, para temperaturas de 15-200ºC e na faixa de frequência de 10Hz - 3MHz. Utilizando modelos apropriados para o comportamento da polarização (Cole-Cole, Havriliak-Negami) e incluindo uma contribuição de condutividade, modelizou-se e ajustou-se a permitividade elétrica (componentes real e imaginária), para obter os tempos de relaxação e energias de ativação. Como tal, a influência das condições de síntese nas propriedades dielétricas dos filmes e, em particular, sua evolução com espessuras de camadas individuais, são discutidas e apresentadas.