Unita IEN Galileo Ferraris MICROSISTEMI BASATI SU MATERIALI MAGNETICI INNOVATIVI STRUTTURATI SU SCALA NANOSCOPICA Paola Tiberto 1/2.

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1 Unita IEN Galileo Ferraris MICROSISTEMI BASATI SU MATERIALI MAGNETICI INNOVATIVI STRUTTURATI SU SCALA NANOSCOPICA Paola Tiberto 1/2

2 Progetto FIRB Microsistemi basati su materiali magnetici innovativi strutturati su scala nanoscopica LUnità opera nei WP1 e WP3 nellambito della Tematica T1: Materiali Nanogranulari. Unità composta da: - Quattro ricercatori (Carlo Appino, GianFranco Durin, Paola Tiberto, Franco Vinai) - Un tecnico (Luca Martino) - Un giovane ricercatore acquisito sui fondi di progetto (Marco Coisson, da ottobre 2003)

3 Preparazione di materiali magnetici granulari di tipo "bulk mediante planar flow casting in vuoto o atmosfera controllata (raffreddamento ultra-rapido di un fuso su un tamburo rotante). Sistemi binari granulari contenenti un metallo di transizione (Fe, Co, Ni) disperso in una matrice metallica (Cu, Au): Cu 100-x Co x, Au 100-x Fe x, Cu 80-x Fe 20 Ni x Nastri soluzione solida metastabile dei due elementi e da una piccola frazione di grani di dimensioni nanometriche dell'elemento di transizione (nel caso di sistemi immiscibili come Cu-Co, una soluzione solida perfetta si ottiene nel caso dei sistemi Au-Fe). Interesse preparativo verso film delle stesse composizioni mediante sputtering presente a TO. Attività Primo Anno

4 Strumentazione 10 -8 emu Magnetometro a gradiente di campo ad elevata sensibilità (10 -8 emu) Gennaio 2004. Misure su una vasta gamma di materiali (bulk, film sottili, polveri e liquidi) dimensioni massime 5 x 5 x 2 mm e peso 200 mg).

5 Attività Sperimentale Resistività Elettrica: Resistività Elettrica: standard four contact bridge Misure Magnetiche: cicli di isteresi, dc susceptibility Misure Magnetiche: cicli di isteresi, dc susceptibility extraction magnetometer (temperature range: 2-300 K; magnetic field range: 0 – 70 kOe) and Vibrating Sample Magnetometer (temperature range: 5 – 300 K; magnetic field range: 0 – 20 kOe). Misure di magnetoresistenza Misure di magnetoresistenza: Standard four-probe setup (H m = 70 kOe).

6 Cicli di Isteresi Cu 95 Co 05 As-quenched Cu 95 Co 5 only about 25% of Co atoms are included in segregated nanoparticles. M S [5 K / 70 kOe] 18 emu/cm 3

7 Curve ZFC/FC H m = 50 Oe magnetic signal arises from Co nanoparticles. ZFC/FC curves separate below 175 K onset of nanoparticle blocking Monotonically decreasing behavior from 5 to 300 K no evidence for effects usually associated with single-particle blocking. Cu 95 Co 05

8 Suscettività magnetica ad alti campi Nanoparticle moments are nearly aligned HF mainly arises from the ordering of single Co spins dissolved in the diamagnetic matrix. Maximum at T = 50 K onset of a blocked regime for dispersed Co spins. Blocking of single spins and nanoparticle moments (175 K) occurs at different temperatures and through quite different mechanisms. HF = 50 kOe obtained by interpolating M(H) curves and calculated as dM/dH at H = 50 kOe.

9 as quenched Cu 60 Fe 20 Ni 20

10 Magnetoresistenza Cu 95 Co 05 |GMR%|=|R 70kOe –R 0 |/R 0 x 100 |GMR%|=|R 70kOe –R 0 |/R 0 x 100 GMR GMR: information on the arrangement of magnetic moments on the length scale of

11 R vs M/M s R vs M/M S : flat-top parabola at all temperatures Flat shape more apparent with decreasing T. This result confirms the presence of non-negligible interactions among magnetic scatterers Cu 95 Co 05