Síntesis y caracterización de películas delgadas de óxidos por métodos químicos

Abstract

Las ferritas con estructura tipo espinela (A+2Fe2O4) han despertado un gran interés en el ámbito del magnetismo gracias a sus posibles usos en dispositivos espintrónicos1, requiriendo algunas de estas aplicaciones el crecimiento de películas epitaxiales sobre sustratos adecuados2. En el presente trabajo se ha desarrollado la síntesis de películas delgadas de la ferrita de cobalto (CoFe2O4, CFO), sobre sustratos MgAl2O4 (MAO) mediante la técnica Deposición Asistida por Polímero (PAD), variando la temperatura de deposición. Las propiedades de las películas obtenidas por PAD fueron comparadas con las sintetizadas mediante el método físico de Deposición por Láser Pulsado (PLD), a temperaturas similares. Las películas depositadas por PAD crecen próximas a una situación de equilibrio termodinámico, que se encuentra condicionada por la tensión epitaxial debida al sustrato, temperatura, atmósfera, etc. Esto constituye una diferencia fundamental con respecto a PLD, donde el control del crecimiento de la capa es puramente cinético3,4. La caracterización estructural de estos films incluye estudios de difracción de rayos X y reflectividad. Asimismo, se ha realizado una caracterización magnética mediante un magnetómetro SQUID5. Observamos una disminución sistemática en el parámetro de red fuera del plano al aumentar la temperatura de deposición. La evolución de la anisotropía magnética con el parámetro de red nos permite concluir que se produce una transición espinela inversa-directa al aumentar la temperatura de síntesis. La conclusión fundamental de este trabajo es que la temperatura de deposición de películas epitaxiales de CFO determina la distribución de cationes Co+2 en los sitios tetraédricos y octaédricos de la espinela y, por tanto, la anisotropía magnética del cristal.Spinel ferrites (A+2Fe2O4) have become of great interest to the magnetism community due to their potential application in spintronic devices1, and some of these applications require growth of epitaxial layers of these materials on suitable substrates2. The present work describes the synthesis of cobalt ferrite (CoFe2O4, CFO) thin films on MgAl2O4 (MAO) substrates using the Polymer Assisted Deposition (PAD) technique, at different deposition temperatures. The properties of these films obtained by PAD were compared with those synthesized by a physical method, Pulsed Laser Deposition (PLD), at similar temperatures. The films deposited by PAD grow close to thermodynamic equilibrium conditions, which are determined by the epitaxial strain imposed by the substrate, thermal annealing, atmosphere, etc. This poses an important difference with respect to PLD, where growth is controlled by kinetics3,4. The structural characterization of these thin films includes studies of X-ray diffraction and reflectivity. In addition, a magnetic characterization was made using a SQUID5 magnetometer. We observed a systematic decrease in the out-of-plane lattice parameter as the deposition temperature is increased. The evolution of the magnetic anisotropy with this lattice parameter suggests that a reverse-direct spinel transition occurs when the synthesis temperature increases. The fundamental conclusion of this work is that the deposition temperature of epitaxial CFO films determines the distribution of Co2+ cations in the tetrahedral and octahedral sites of the spinel and, therefore, the magnetic anisotropy of the crystal.As ferritas con estrutura tipo espinela (A+2Fe2O4) espertaron un gran interese no ámbito do magnetismo grazas aos seus posibles usos en dispositivos espintrónicos1, requirindo algunhas destas aplicacións o crecemento de películas epitaxiais sobre substratos adecuados2. No presente traballo desenvolveuse a síntese de películas delgadas da ferrita de cobalto (CoFe2O4, CFO), sobre substratos MgAl2O4 (MAO) mediante a técnica Deposición Asistida por Polímero (PAD), variando a temperatura de deposición. As propiedades das películas obtidas por PAD foron comparadas coas sintetizadas mediante o método físico de Deposición por Láser Pulsado (PLD), a temperaturas semellantes. As películas depositadas por PAD crecen próximas a unha situación de equilibrio termodinámico, que se atopa condicionada pola tensión epitaxial debida ao substrato, temperatura, atmosfera, etc. Isto constitúe unha diferenza fundamental con respecto a PLD, onde o control do crecemento da capa é puramente cinético3,4. A caracterización estrutural destes filmes inclúe estudos de difracción de raios X e reflectividade. Igualmente, realizouse unha caracterización magnética mediante un magnetómetro SQUID5. Observamos unha diminución sistemática no parámetro de rede fóra do plano ao aumentar a temperatura de deposición. A evolución da anisotropía magnética co parámetro de rede permítenos concluír que se produce unha transición espinela inversa-directa ao aumentar a temperatura de síntese. A conclusión fundamental deste traballo é que a temperatura de deposición de películas epitaxiais de CFO determina a distribución de catións Co+2 nos sitios tetraédricos e octaédricos da espinela e, por tanto, a anisotropía magnética do cristal.