FMR de materiais com transição de reorientação de spin

Abstract

Dois filmes finos altamente texturados de NdCo5 policristalino produzidos por deposição de laser pulsado (PLD), com diferentes direcções de crescimento, [0001] e ̅ (amostras Nd015 e Nd010, respectivamente), foram caracterizados estrutural- e magneticamente por difracção de raios-X (DR-X) e ressonância ferromagnética (FMR). O estudo por DR-X foi realizado com um difractómetro X’Pert da Philips. O estudo por FMR foi efectuado na região de temperaturas entre os 5 K e 315 K, usando um espectómetro ESP 300E da Bruker, cavidade cílindrica (TE011) e crióstatos de hélio e azoto. A direcção não usual de crescimento de um dos filmes, [10 ̅0], requereu o desenvolvimento de expressões não dísponíveis na literatura para análise das constantes de anisotropia da energia magnetocristalina. Foram desenvolvidos métodos numéricos para a análise das dependências angulares e das dependências com a temperatura dos campos de ressonância. Os estudos por FMR confirmaram a forte dependência das constantes de anisotropia com a temperatura, o seu elevado valor e a influência da energia do campo de desmagnetização nas temperaturas de transição de reorientação de spin. As elevadas constantes de anisotropia e energia do campo de desmagnetização são responsáveis pelo desvio dos campos de ressonância dos modos saturados para janelas de medição muito além da capacidade experimental (1.5 T) e permitem apenas analisar modos não saturados num restrito número de ângulos e temperaturas. Apesar de serem filmes altamente texturados, a presença de várias fontes de alargamento da linha de ressonância e a sobreposição de vários modos não saturados numa só linha FMR resultou em larguras da ordem dos 5 kG e dificultou o cálculo das constantes de anisotropia da energia magnetocristalina. Para a amostra Nd015, calcularam-se as constantes K1 e K2, tendo-se determinado que à temperatura ambiente as constantes valiam -2.45105 J/m3 e 1.35105 J/m3, respectivamente. Este resultado confirma os resultados obtidos através de medições de magnetização num SQUID e indica que a magnetização se encontra num regime de cone-fácil à temperatura ambiente.

Two highly textured thin films of polycrystalline NdCo5 prepared by pulsed laser deposition (PLD) and with different growth directions, [0001] and [10 ̅0], were caractherized structuraly and magnetically by X-ray diffraction and ferromagnetic resonance (FMR), respectively. The XRD analysis was carried out with a Philips X’Pert diffractometer. The FMR measurements were performed at temperatures ranging from 5 K to 315 K equipped with a Bruker ESP 300 E spectrometer in the X-band (9.36 GHz), a cylindrical (TE011) cavity and a helium and nitrogen flux cryostat. The unusual growth direction of one of the samples required a development of magnetocrystalline energy expressions not available in literature in order to study the evolution of the anisotropy constants with the temperature and confirm the spin reorientation transitions. Numerical methods were developed to analyse the angular and temperature dependences of the resonant fields. FMR studies confirm a strong temperature dependence of the anisotropy constants, their high value and the influence of shape anisotropy in the spin reorientation transition temperatures. The large anisotropy constants are responsible for the shift of the resonance fields of the saturated modes to values much above than those of the measurement window and allow only to analise non-saturated modes for a restricted number of temperatures and angles. Even though the films are highly textured, the presence of several sources of linewidth broadening and the superposition of several non-saturated modes in a single FMR line resulted in large linewidths and made it difficult to obtain numerical values to the anisotropy constants. For the Nd015 sample, we calculated room temperature values of the anisotropy constants K1 and K2 to be -2.45105 J/m3 and 1.35105 J/m3, respectively. This result confirms the results of SQUID measurements obtained by other groups and indicates that the magnetization is in an easy-cone regime at room temperature.