Artigo em destaque: Filmes finos magnéticos para dispositivos miniaturizados.



O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Annealing effects on the microwave linewidth broadening of FeCuNbSiB ferromagnetic films. Alves, M.J.P.; Gonzalez-Chavez, D. E.; Bohn, F.; Sommer, R. L. Journal of Applied Physics. 117, 123913(2015) DOI: 10.1063/1.4915330.

“Filmes finos magnéticos para dispositivos miniaturizados”

Esquema do equipamento de ressonância ferromagnética de banda larga usado na pesquisa. A fonte Kepco alimenta o circuito de magnetização (bobinas de Helmholtz) e o sinal é medido com um analisador de rede vetorial (VNA). A amostra é colocada sobre uma guia de onda coplanar com dimensões micrométricas.

Uma equipe de cientistas do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) e da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) realizou um estudo sobre propriedades magnéticas de filmes finos feitos de um material nanocristalino (ou seja, formado por grãos nanométricos) de tipo FINEMET. As conclusões dessa investigação científica podem ajudar a fabricar materiais magnéticos de alta qualidade adequados para serem usados em dispositivos de dimensões reduzidas, como memórias magnéticas de acesso aleatório (MRAMs) ou nanoosciladores. Resultados do estudo foram reportados em um artigo recentemente publicado no periódico Journal of Applied Physics.

Os materiais do tipo FINEMET são a ligas a base de ferro (Fe), silício (Si) e boro (B) com pequenas adições de cobre (Cu) e nióbio (Nb). Apresentam propriedades magnéticas muito boas quando são produzidos por resfriamento rápido seguido de tratamento térmico. Porém, ainda não há uma rota bem estabelecida que permita obter o material com essas propriedades em forma de filmes finos, os quais são mais adequados a aplicações miniaturizadas.

No trabalho dos cientistas brasileiros, filmes finos magnéticos de FeCuNbSiB foram sintetizados no CBPF pela equipe da UFRN e CBPF. As amostras do filme foram analisadas usando diversas técnicas, como difração de raios X de incidência rasante, magnetometria e, em particular, ressonância ferromagnética (FMR) de banda larga. “Exploramos essa técnica até o limite”, comenta Rubem L. Sommer, um dos autores do paper do Journal of Applied Physics. “Ela é poderosa e vem permitindo o estudo de materiais nanoestruturados com grande eficiência”, completa o pesquisador do CBPF. Sommer e seu grupo vêm contribuindo ao desenvolvimento da técnica de ressonância ferromagnética de banda larga desde 2011.

A técnica de ressonância ferromagnética, usada para estudar a magnetização dos materiais, mede a quantidade de radiação eletromagnética na faixa das micro-ondas que determinado material absorve. Na versão convencional dessa técnica, explica Sommer, essa absorção é  medida em uma frequência fixa, e o campo magnético externo é variado para sintonizar o equipamento na ressonância. Na faixa das micro-ondas, a frequência pode estar entre 300 MHz e 300 GHz, sendo que 1 Hz equivale a 1 oscilação por segundo. “No caso da ressonância ferromagnética por banda larga, varremos a frequência e o campo externo, realizando um mapeamento direto da relação de dispersão do material”, explica Sommer.

Resultado típico de FMR de banda larga: curva de absorção em microondas (cor) em função do campo e frequência.

Baseando-se na combinação dos resultados das análises dos filmes pelas diversas técnicas utilizadas, a equipe de cientistas desvendou os mecanismos responsáveis pelo alargamento de linha de ressonância ferromagnética no material. “Quanto mais fina a linha de ressonância, maior é a qualidade do material para as aplicações”, diz Sommer. Os cientistas puderam afirmar que as tensões residuais (aquelas que permanecem nos materiais depois da eliminação de suas causas) estão na origem do alargamento da linha de ressonância, e que essas tensões se reduzem com tratamentos térmicos.

O estudo reportado no artigo contou com financiamento do CNPq e da CAPES e foi desenvolvido, principalmente, na pesquisa de doutorado de Marcos Alves, realizada no CBPF e recém defendida. A tese de doutorado de Diego González-Chávez, defendida em 2013, também foi importante para o artigo, já que permitiu desenvolver com sucesso a técnica de FMR usada no trabalho.

Os autores do artigo fazem parte de uma rede maior de colaboração que inclui, além de pesquisadores da CBPF e UFRN, colaboradores PUC-Rio e das universidades federais de Santa Maria (UFSM) e do Rio Grande do Sul (UFRGS), conta Sommer. “Creio que este trabalho e atuação do grupo em rede espalhada em diversas instituições é um aspecto muito positivo da atual realidade brasileira no âmbito da pesquisa científica e tecnológica”, diz o pesquisador do CBPF. A rede desenvolve pesquisas em materiais e dispositivos magnéticos nanoestruturados para uso em altas frequências. “As nossas pesquisas têm sempre um viés duplo: pesquisa básica para compreender os fenômenos envolvidos e sua descrição e o desenvolvimento de aplicações”, afirma Sommer.


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