Efeitos de tensão em filmes finos de manganitas estudados por espectroscopia de absorção de raios-X com luz linearmente polarizada

Orientadores: Aline Yvette Ramos, Antonio R. Brito de CastroDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Dentre os materiais exibindo o efeito de Magnetoresistência Colossal, filmes finos de manganitas dopadas tem recebido atenção especial devido a suas potenciais aplicações para dispositivos magneto-eletrônicos de nova geração. Nesses sistemas, a tensão biaxial externa pode ser usada para sintonizar as propriedades magnéticas e de transporte se for possível determinar a exata relação entre esses efeitos. Neste escopo, é importante identificar a explicita conecção entre tensão induzida pelo substrato e a estrutura local em torno dos átomos de manganês, especialmente distâncias Mn - O e o ângulo Mn - O - Mn. Nesta dissertação, relatamos um estudo de Espectroscopia de Absorção de Raios-X de filmes finos da manganita La0.7Sr0.3MnO3 epitaxialmente crescidos por deposição por laser pulsado em substratos induzindo expansão (SrTiO3) e compressão (LaAlO3) no plano dos filmes. Dados das bordas K e L2,3 do Mn foram coletados nas linhas D04B-XAS e D08A-SGM do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, respectivamente. Contribuições de ligações no plano dos filmes e perpendicular ao plano dos filmes foram obtidas utilizando uma abordagem para o dicroísmo linear natural presente em medidas de absorção de materiais estruturalmente anisotrópicos. Cálculos ab initio usando o formalismo de espalhamento múltiplo total foram utilizados no auxilio da compreensão dos efeitos encontrados. Espectros XANES forneceram fortes evidências de distorção tetragonal do octahedro MnO6 em direções opostas para os filmes compressivos e expansivos. Estas observações foram confirmadas usando simulações ab initio e mostraramos que o melhor modelo estrutural para explicar os dados experimentais é considerar um octahedro MnO6 com distorção no mínimo. tetragonal, e sem nenhuma modificação do ângulo Mn - O - Mn. Evidências de distorção ortorrômbica também foram observados na região de XANES. Dados de EXAFS coletados no plano dos filmes indicaram uma distorção ortorrômbica do octahedro e também confirmou a mudança da distância média Mn - O. Também por EXAFS foi possível concluir que nenhuma modição do ângulo Mn - O - Mn é induzida pela tensão fornecida pelo substrato. A distorção local do octahedro explicaram a diminuição da temperatura de transição (TC) por efeitos de tensão. Foram observados efeitos de modificação da banda 3d de condução do material, induzidos por tensão e por exposição a raios-x intensos, porém uma correlação entre estes efeitos e a distorção da estrutura do filme ainda não está muito claraAbstract: Among the materials exhibiting the Colossal Magnetoresistance e effect, mixed manganite thin films have received special attention due to their potential applications for new generation magneto-eletronic devices. In these systems, the external biaxial strain could be used to tune the magnetism and transport properties if it were possible to settle the exact relationship between both e effects. In this scope, it is important to address the explicit connection between the cell induced strains and the local structure around the manganese atoms, specially the Mn - O distances and the Mn - O - Mn angle. In this dissertation, we report on a X-ray Absorption Spectroscopy study of La0.7Sr0.3MnO3 thin films epitaxially grown by pulsed laser deposition on tensile (SrTiO3) and compressive (LaAlO3) substrates. Mn K and L2,3 edges data were collected at the D04B-XAS and D08A-SGM beamlines of the Brazilian Synchrotron Light Source, respectively. In plane and out of plane bond contributions were obtained by a natural linear dichroism approach for the absorption measurementes of structural anisotropic materials. Ab initio calculations using the Full Multiple Scattering approach was used to understand the found experimental e effects. XANES spectra give evidence of tetragonal distortion within the MnO6 octahedra,with opposite directions for tensile and compressive films. This was confirmed by ab initio simulations and we show that the best structural model to explain experimental data is that of distorted MnO6 average octahedra and without any change in the Mn - O - Mn angle.Some evidence of orthorhombic distortion also was observed in the XANES region. EXAFS data collected in plane for tensile substrate, indicate a orthorhombic distortion of octahedron and also confirm the change in the Mn - O average bond distance. Also by EXAFS was possible conclude that no change of Mn - O - Mn angle is induced by the strain. The distortion of octahedra explains the decrease of Curie temperature (TC) with the strain effects. 3d conduction band changes, induced by the strain and by intense x-ray exposition, were observed. A correlation model between these effects and the structural distortion of films is not clear yetMestradoFísicaMestre em Físic

Local order profile and magnetic anisotropy in thin films: The contribution of the X-ray espectroscopy in grazing incidence

Filmes finos magnéticos têm grande apelo em mídias de gravação com alta densidade de dados. As propriedades magnéticas desses filmes, que dependem da estrutura atômica do material, podem ser modificadas ou induzidas pela presença de interfaces internas. Para o entendimento e melhoramento dessas propriedades, torna-se necessário o uso de técnicas capazes de fornecer informações seletivamente em profundidade. Neste trabalho, acoplamos a espectroscopia de absorção de raios X (XAS) à uma geometria de incidência rasante, e assim usamos a variação da penetração dos raios X dentro do material em torno do ângulo crítico de reflexão total para obter informações resolvidas em profundidade sobre a ordem estrutural e magnética local. Desenvolvemos uma metodologia de medidas e de análise desta informação. Esta metodologia foi aplicada em filmes de FePt e CoPt que produzimos pela técnica de deposição catódica. Em filmes de FePt, uma análise quantitativa completa nos permitiu caracterizar a camada de oxidação da superfície. Em filmes de CoPt, observamos que a ordem química, responsável pela anisotropia perpendicular é parcialmente perdida em grandes profundidades além da superfície para filmes de espessura superior a 50 nm. A presença desta camada desordenada, confirmada por espalhamento ressonante de raios X, explica a incomum dependência em espessura das propriedades magnéticas do sistema estudado.Magnetic thin films have great appeal in recording media with high data density. The magnetic properties of these films, depending on the material atomic structure, may be modified or induced by the presence of intern interfaces. For the understanding and improving of these properties, becomes necessary the use of techniques able to provide in depth selective information. In this work, we put together the X-ray absorption spectroscopy (XAS) to a grazing incidence setup, and then we use the variation of X-ray penetration inside the material around the critical angle to get depth resolved information about the structural and magnetic local order. We developed a measurements and analysis methodology of this information. This methodology were applied in FePt and CoPt films which we produced by the magnetron sputtering technique In FePt films, a complete quantitative analysis allowed us characterize a surface oxidized layer. In CoPt films, we observed the chemical order, responsible for the perpendicular anisotropy, is partially lost in high depths away from the surface for films thicker than 50 nm. The presence of this disordered layer, confirmed by resonant magnetic X-ray scattering, explains the unconventional in depth dependence of the studied system magnetic properties

XDS: a flexible beamline for X-ray diffraction and spectroscopy at the Brazilian synchrotron

The majority of the beamlines at the Brazilian Synchrotron Light Source Laboratory (LNLS) use radiation produced in the storage-ring bending magnets and are therefore currently limited in the flux that can be used in the harder part of the X-ray spectrum (above ~ 10 keV). A 4 T superconducting multipolar wiggler (SCW) was recently installed at LNLS in order to improve the photon flux above 10 keV and fulfill the demands set by the materials science community. A new multi-purpose beamline was then installed at the LNLS using the SCW as a photon source. The XDS is a flexible beamline operating in the energy range between 5 and 30 keV, designed to perform experiments using absorption, diffraction and scattering techniques. Most of the work performed at the XDS beamline concentrates on X-ray absorption spectroscopy at energies above 18 keV and high-resolution diffraction experiments. More recently, new setups and photon-hungry experiments such as total X-ray scattering, X-ray diffraction under high pressures, resonant X-ray emission spectroscopy, among others, have started to become routine at XDS. Here, the XDS beamline characteristics, performance and a few new experimental possibilities are described.Fil: Lima, Frederico Alves. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Saleta, Martin Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Pagliuca, Rafael José dos Santos. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Eleotério, Marcos Antônio. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Reis, Ricardo D.. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Fonseca Júnior, Jairo. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Meyer, Bernd. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Bittar, Eduardo Matzenbacher. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Souza Neto, Narcizo Marques. Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron; BrasilFil: Granado, Eduardo. Universidade de Campinas; Brasi

Energy-dispersive X-ray absorption spectroscopy at LNLS : investigation on strongly correlated metal oxides.

An energy-dispersive X-ray absorption spectroscopy beamline mainly dedicated to X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) and material science under extreme conditions has been implemented in a bending-magnet port at the Brazilian Synchrotron Light Laboratory. Here the beamline technical characteristics are described, including the most important aspects of the mechanics, optical elements and detection set-up. The beamline performance is then illustrated through two case studies on strongly correlated transition metal oxides: an XMCD insight into the modifications of the magnetic properties of Cr-doped manganites and the structural deformation in nickel perovskites under high applied pressure