Colapso do eixo duro de magnetização e recoil-curve overshoot em função da irradiação iônica e da temperatura

Abstract

Diversos filmes policristalinos ferromagnéticos exibem picos centrados a 90◦ da posição do eixo de fácil magnetização nos gráficos de variações angulares da magnetização remanente após a saturação, MRS, e coercividade dos ciclos principais de histerese. Essa propriedade é conhecida como Colapso do Eixo Duro (HAC). Recentemente, nestes sistemas, também foi observado o efeito de Recoil-Curve Overshoot (RCO), que se caracteriza como laços menores de histerese com ramos de retorno externos ao ciclo principal, resultando em um laço com maior área. Neste trabalho, filmes policristalinos de cobalto (Co), com espessuras de 10 nm e 25 nm, foram produzidos por magnetron sputtering, com e sem a aplicação de campo magnético durante o crescimento. As amostras de 10 nm foram submetidas a bombardeios iônicos com neônio (Ne) e hélio (He), variando-se fluência, densidade de corrente e a orientação de um campo magnético externo Hib de 3,5 kOe, e a tratamentos térmicos com temperaturas entre 650 K e 900 K com campo magnético aplicado. As amostras de 25 nm foram caracterizadas magneticamente em função da temperatura, entre 100 K e 650 K. Os resultados revelam que, para certas condições de irradiação, é induzido um novo eixo fácil de magnetização paralelo a H⃗ ib, mantendo-se o colapso do eixo duro a 90◦ da nova direção fácil, juntamente com um RCO significativo. A análise dos dados indica que ambos os efeitos decorrem predominantemente do acoplamento de dois macrospins com eixos fáceis levemente desalinhados em um mesmo domínio magnético. A partir de uma modelagem fenomenológica baseada em dados experimentais, foi possível estimar a dependência do campo de anisotropia induzido com a temperatura, observando-se que, embora a coercividade varie, as principais características associadas ao HAC e ao RCO permanecem robustas em toda a faixa de temperatura investigada. Tais fenômenos, além de relevantes do ponto de vista fundamental, apresentam estabilidade térmica considerável, o que motiva estudos adicionais a fim de possibilitar futuras aplicações. Os resultados de pesquisa descritos foram publicados [1, 2, 3].

A number of ferromagnetic polycrystalline films exhibit peaks, centered 90◦ off the easy-axis magnetization position, in angular variation plots of the remanent magnetization after saturation, MRS, and the coercivity of the major hysteresis loops. This property is known as Hard-Axis Collapse (HAC). Recently, in such systems, the Recoil-Curve Overshoot (RCO) effect has also been observed, characterized by minor hysteresis loops with return branches lying outside the major loop, resulting in a loop with a larger area. In this work, polycrystalline cobalt (Co) films with thicknesses of 10 nm and 25 nm were produced by magnetron sputtering, with and without the application of a magnetic field during growth. The 10 nm samples were subjected to ion bombardment with neon (Ne) and helium (He), varying fluence, current density, and the orientation of an external magnetic field Hib of 3.5 kOe, and and magnetic annealing with temperatures between 650 K and 900 K. The 25 nm samples were magnetically characterized as a function of temperature, ranging from 100 K to 650 K. The results reveal that, under certain irradiation conditions, a new easy magnetization axis is induced parallel to H⃗ ib, while maintaining the hard-axis collapse at 90◦ from the new easy direction, along with a significant RCO effect. Data analysis indicates that both effects mainly arise from the coupling of two macrospins with slightly misaligned easy axes within the same magnetic domain. Based on a phenomenological model and experimental data, it was possible to estimate the temperature dependence of the induced anisotropy field, showing that although coercivity varies, the key features associated with HAC and RCO remain robust throughout the investigated temperature range. These phenomena, besides being relevant from a fundamental perspective, exhibit considerable thermal stability, which motivates further studies aiming at future applications. The research results described have been published in [1, 2, 3].