Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/50070

TitleFilmes finos de materiais óxidos por ablação laser
Author(s)Alves, João Rodolfo Cardoso
Advisor(s)Almeida, B. G.
Issue date10-Jul-2017
Abstract(s)Materiais multiferróicos nanoestruturados com acoplamente entre as fases elétrica e magnética têm atraído bastante interessa científico e tecnológico. Combinando um cerâmico piezoelétrico com um material magnetostritivo, as interações elásticas entre as fases fornecem o mecanismo de acoplamento, induzindo um comportamento magnetoelétrico. Uma abordagem recente na criação de nanoestruturas multiferróicas magnetoelétricas é tirar partido da interação da tensão filme/substrato de forma a controlar ou otimizar as propriedades elétricas/magnéticas dos filmes. Neste contexto, (Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3 (BCZT), um bom piezoelétrico, livre de chumbo, e Metglas, um material magnético amorfo com uma alta magnetostrição, são potenciais candidatos a formar nanoestruturas multiferróicas filme-sobre-substrato, com boa resposta. Contudo, enquanto BCZT precisa de temperaturas de deposição à volta de 700ºC durante a preparação do filme, o Metglas tende a decompor-se a 450ºC, comprometendo a sua combinação nestes compósitos multiferróicos. Considerando a baixa penetração do feixe de laser excímeros com comprimento de onda de 248nm no material, uma alternativa consiste em realizar a deposição da fase BCZT a baixas temperaturas, seguida de recozimento laser para cristalizar o filme. Sendo assim, neste trabalho estudamos a síntese de compósitos multiferróicos por filmes dinos de BCZT depositados por ablação laser com diferentes pressões de oxigénio (0.03 e 0.3mbar), nos substratos de Metglas. Foi depositado inicialmente o BCZT a baixas temperaturas (400ºC), e depois sujeito a recozimento laser com diferentes fluências (0.05 e 0.08mJ/cm2) e tempos de recozimento (até 1000 segundos). Os resultados de difração de raios-X (XRD) mostram que tanto os filmes depositados como o substrato Metglas eram amorfos. Não se observou fases cristalinas do Metglas, indicativo da sua decomposição nestas amostras. No entanto, nos filmes sujeitos a recozimento laser, os picos de XRD característicos da perovskite de BCZT começaram a aparecer, com uma intensidade relativa que aumentava com o aumento do tempo de recozimento. Para tempos de recozimento superiores a 200 segundos, foi atingido um patamar onde a intensidade relativa era aproximadamente constante. As propriedades dielétricas mostram uma transição de fase tetragonal-cúbica (ferroelétrica) difusa para o BCZT de Tc~90ºC, devido aos grãos manoscópios que consistem os filmes. A influência das condições de preparação, em particular do passo de recozimento nas propriedades dielétricas dos filmes vão ser estudadas e apresentadas.
Nanostructured multiferroic materials presenting a coupling between their electric and magnetic degrees of freedom have been attracting much scientific and technological interest. By combining a piezoelectric ceramic and a magnetostrictive material the elastic interactions between both phases provide the coupling mechanism inducing a magnetoelectric behavior. A recent approach to create multiferroic magnetoelectric nanostructures is to take advantage of the film-substrate interfacial strain interaction in order to control or tune the electrical/ magnetic properties of the films. In this respect, (Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3 (BCZT), a strong lead free piezoelectric, and Metglas, an amorphous magnetic material with high magnetostriction, are potential candidates to form film-on-substrate multiferroic nanostructures with enhanced response. However, while BCZT needs deposition temperatures around 700ºC during film preparation, Metglas tends to decompose above 450ºC, hindering their combination in these multiferroic composites. Considering the low depth penetration of an excimer laser beam with wavelength of 248 mn inside a material, an alternative consists in performing a low temperature deposition of the BCZT phase, followed by a subsequent laser annealing step to crystallize the film. As such, in this work we have studied the synthesis of multiferroic composites composed by BCZT thin films deposited by laser ablation with different oxygen pressures (0.03 mbar and 0.2 mbar), on Metglas substrates. BCZT was initially deposited at low temperature (400ºC). and then subjected to laser annealing with different fluences (0.05 J/cm2 and 0.08 J/cm2) and annealing times (up to 1000 seconds). The X-ray diffraction (XRD) results show that both the as-prepared films and the Metglas substrates were amorphous. No crystalline phases of Metglas, indicative of its decomposition, were observed on these samples. However, on the laser annealed films the perovskite-BCZT characteristic XRD peaks started to appear, with a relative intensity that increased with increasing annealing time. For annealing times higher than ~200 seconds a plateau was reached where the relative intensity was approximately constant. The dielectric properties show a tetragonal-cubic (ferroelectric) transition of BCZT at Tc ~ 90 that is broadened due to the nanoscopic grains composing the films. The influence of the synthesis conditions, particularly of the laser annealing step, on the electrical properties of the films will be discussed and presented.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado em Física
URIhttp://hdl.handle.net/1822/50070
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado
CDF - FAMO - Dissertações de Mestrado/Master Thesis

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