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Type: Tese de Doutorado
Title: Magnetismo anômalo em nanoestruturas: um estudo por microscopia eletrônica de transmissão e dicroísmo circular magnético de raios-X
Authors: Daniel Bretas Roa
First Advisor: Rogerio Magalhaes Paniago
First Referee: Jose Domingos Ardisson
Second Referee: Antonio Sergio Teixeira Pires
Third Referee: Maximiliano Delany Martins
metadata.dc.contributor.referee4: Angelo Malachias de Souza
Abstract: Nesta tese, buscamos a compreensão do comportamento magnético de materiais em escala nanométrica. Como um guia inicial, procuramos encontrar um possível comportamento magnético anômalo do Pd e assim foram estudadas formações nanoestruturadas de Pd e ligas de Pd com elementos ferromagnéticos (principalmente Co) encapsuladas em Nanotubos de Carbono. As principais técnicas experimentais utilizadas foram Dicroísmo Circular Magnético de Raios-X (XMCD) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). Amostras de Nanotubos de Carbono (CNTs) foram produzidas por Deposição Química na Fase Vapor Assistida por Plasma (PECVD) utilizando como catalisador filmes finos bimetálicos (Pd-Co). Esse processo resulta numa amostra homogênea de CNTs alinhados verticalmente ao substrato utilizado. Os CNTs, por sua vez, possuem nanopartículas de PdCo com forte anisotropia de forma encapsuladas em sua parte superior. A análise por TEM trouxe informação morfológica, química e cristalográfica da amostra. O comportamento magnético macroscópico foi determinado por Magnetometria de Amostra Vibrante (VSM). [1] Foi determinada por XMCD a razão dos momentos magnéticos orbital e de spin para ambos os elementos constituintes da liga formada (Pd e Co) nas partículas resultantes. O ferromagnetismo presente nos átomos de Pd pôde ser comprovado por XMCD. Uma segunda parte envolveu o estudo do comportamento magnético de formações nanoestruturadas (nanofios ou nanoclusters) de Pd e Co sobre superfícies de Au. Coberturas de Cobalto depositadas sobre superfícies limpas de Au(110) foram obtidos através de evaporação por uma célula de feixe eletrônico (electron-beam). Medidas de Difração de Elétrons de Baixa Energia (LEED) da superfície limpa exibiram o padrão típico da superfície de Au(110). Padrões de difração da superfície com cobertura de Cobalto resultaram em padrões difusos típicos de nanoestruturas. Medidas de XMCD demonstraram o ferromagnetismo dessas nanoestruturas à temperatura ambiente, mesmo que não totalmente saturado. A aplicação das Regras de Soma nos espectros XMCD nos permitiram determinar o momento orbital gigante das nanoestruturas de Cobalto ao fixarmos nos cálculos o valor intrínseco de seu momento de spin por átomo. Um experimento similar com nanoestruturas de Paládio sobre Au(110) não resultaram na observação de ferromagnetismo à temperatura ambiente. Discutimos as possibilidades de obtenção de ferromagnetismo nessas nanoestruturas.
Abstract: In this thesis, we have looked for the understanding of the magnetic behavior of materials at nanometer scale. As an initial guide, we have tried to find a possible anomalous magnetic behavior of Pd. In this way, nanostructured formations of Pd and Pd alloys with ferromagnetic elements (mainly Co), both encapsulated in Carbon Nanotubes (CNTs), were studied. The main experimental techniques involved were X-Ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Using bimetallic (Pd-Co) films as catalyst, Carbon Nanotubes samples were produced by Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD). This process results in a homogeneous sample of CNTs vertically aligned to the used substrate. These CNTs hold on the top encapsulated PdCo nanoparticle with strong shape anisotropy. The TEM analysis of several particles brought morphological, chemical and crystallographical information. The macroscopic magnetic behavior was determined by Vibrating Sample Magnetometry (VSM). The orbital and spin magnetic moments ratio was determined by XMCD for both elements (Pd and Co) in the particles. It could be verified by XMCD the ferromagnetic behavior of Pd atoms. A second part of the thesis involved the investigation of magnetism in Pd and Co nanostructured formations (nanowires or nanoclusters) on Au(110) surfaces. Cobalt coverages deposited on clean Au(110) surfaces were obtained with an electron beam evaporation cell. Low Energy Electron Diffraction (LEED) measurements of the clean surface exhibited the typical Au(110) surface pattern. Diffraction patterns of the surface with Cobalt coverage resulted in a typical diffuse pattern of nanostructures. XMCD measurements showed the ferromagnetism of these nanostructures at room temperature, even if not fully saturated. The XMCD Sum Rules allowed us to determined the giant orbital moment of Co nanoestructures by fixing its intrinsic value of spin moment per atom. A similar experiment with Pd nanoestructures on Au(110) did not resulted in ferromagnetism observation at room temperature. We discuss the possibility of obtaining ferromagnetism in these nanostrucures.
Subject: Física
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9LER66
Issue Date: 31-Jan-2014
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