Espalhamento ressonante de raios X aplicado ao estudo de nano-estruturas
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ronald Dickman
Waldemar Augusto de Almeida Macedo
Richard Landers
Mario Sergio de Carvalho Mazzoni
Waldemar Augusto de Almeida Macedo
Richard Landers
Mario Sergio de Carvalho Mazzoni
Resumo
Nesta tese de doutorado, técnicas de espalhamento ressonante de raios X foram utilizadas para estudar dois sistemas diferentes. Primeiramente, difração em incidência rasante associada às correções de dispersão no fator de espalhamento atômico foi utilizada para determinar o perfil de concentração química em ilhas auto-formadas de InP crescidas epitaxialmente em GaAs(001). A relaxação nas ilhas e a difusão de átomos do substrato nessas nanoestruturas foram determinadas para três amostras crescidas em temperaturas diferentes. Mapas de concentração em espaço real foram obtidos para duas amostras, que apresentavam apenas ilhas coerentes. As ilhas crescidas em alta temperatura apresentaram alta concentração de átomos de gálio, indicando baixa adsorção de átomos de índio.Em seguida, espalhamento ressonante magnético em geometria de refletividade não-especular foi utilizado para determinar o comportamento magnético de um filme fino de MnAs crescido epitaxialmente sobre GaAs(001). A coexistência da fase ferromagnética com a fase paramagnética foi estudada em função da temperatura. A temperatura também influencia a configuração magnética do MnAs, que sofre uma reorganização dos domínios na fase ferromagnética em temperaturas mais altas. Observamos uma reorientação dos domínios magnéticos, que pode ser entendida levando-se em conta efeitos do campo desmagnetizante na energia do sistema. Por fim, tirando proveito da seletividade química do espalhamento ressonante magnético, foi estudada uma bicamada magnética consistindo de um filme de MnAs/GaAs(001) coberto por uma fina camada de ferro. Os momentos magnéticos do filme de ferro se alinham antiparalelamente ao filme de MnAs e também ao campo magnético externo aplicado numa certa faixa de temperatura. Este arranjo antiparalelo está ligado ao campo desmagnetizante do MnAs, que varia durante a coexistência de fases devido à variação da largura da fase ferromagnética.
Abstract
In this thesis, resonant X-ray scattering techniques were used to study two different systems. First, grazing incidence difraction associated with dispersion corrections in the atomic scattering factor were employed to probe the chemical concentration profile in self-assembled islands of InP epitaxially grown on GaAs(001). The strain relaxation and substrate atoms diffusion were determined for three samples grown at different temperatures. Concentration maps in real space were obtained for two samples and showed high gallium interdiffusion in the islands grown at high temperature, indicating a high indium desorption rate.Next, magnetic resonant scattering in the non-specular reflectivity geometry was used to study the magnetic behavior of a thin MnAs film grown epitaxially on GaAs(001). Coexistence of the ferromagnetic and the paramagnetic phases was studied as function of temperature. The influence of temperature on the magnetic configuration on the MnAs was also addressed, and it was found that magnetic domain reconfiguration occurs at higher temperatures, within the MnAs ferromagnetic phase. This behavior is explained by the minimization of the energy term associated with the MnAs demagnetizing field. Finally, we took advantage of the chemical selectivity of resonant magnetic scattering to study separately a magnetic double layer composed of a MnAs film covered with a thin iron cap. Within a certain temperature range, the magnetic moments on the Fe layer align anti-parallel to the MnAs moments as well as to the applied external magnetic field. This anti-parallel ordering is also associated to the demagnetizing field of the MnAs layer, which varies within the phase coexistence range, due to the variable ferromagnetic phase width.
Assunto
Raio-X Espalhamento, Nanoestrutura, Espalhamento de ressonância, Física
Palavras-chave
Física