Fabricação e caracterização de filmes finos de MoS2 para aplicações em spintrônica

A busca por novos materiais com diferentes propriedades constitui uma área em constante evolução na física de materiais. Um campo de estudos que vêm ganhando destaque nos últimos anos é a formação de heteroestruturas magnéticas de materiais em escala nanométrica que apresentam alto potencial de aplicação em diferentes áreas do conhecimento. Recentemente, materiais incluídos no grupo dos Dicalcogenetos de Metais de Transição (TMD's) se mostraram interessantes para a produção de materiais bidimensionais (2D) e tem sido uma alternativa para aplicações no campo de nanodispositivos eletrônicos e spintrônica. Dentro deste cenário, o dissulfeto de molibdênio (MoS») se destaca por possuir excelentes propriedades de spin, como acoplamento spin-órbita intrínseco. No entanto, métodos de fabricação que permitam obter filmes finos de MoS> em grandes áreas de maneira escalável ainda é um desafio. Deste modo, o presente trabalho dedicou-se a estudar a fabricação e caracterização de filmes finos de dissulfeto de molibdênio (MoS>) e de nanoestruturas hibridas magnéticas baseadas em MosS» através do método de sputtering. Os filmes finos de MoS> foram crescidos em substrato de S1/S10> com o propósito de entender a correlação entre os parâmetros de deposição e as propriedades microestruturais, cristalinas, morfológicas e elétricas das amostras depositadas. Para investigar e obter estas Informações diferentes técnicas de caracterização foram utilizadas. Os resultados de microscopia de força atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) mostraram que os filmes finos de MoS» crescidos a temperatura ambiente apresentam morfologia granular e homogênea, porém não possuem boa qualidade, sendo utilizados apenas nos estudos de taxa de deposição. Já os filmes crescidos a altas temperaturas (> 500 ºC) apresentam morfologia complexa com estruturas finas e alongadas formadas em toda a superficie, porém com sua composição química respeitando a estequiometria esperada, o que foi confirmado com medidas de espectroscopia de energia dispersiva por raios-X (EDS). Além disso, com a difração de raios-X (DRX), observou-se que esses filmes possuem uma orientação preferencial de crescimento no plano (002). Pela análise Raman verificou-se que os filmes finos de MoS» apresentam duas fases distintas (IT e 2H), mas coexistentes. Em uma etapa seguinte fabricou-se nanoestruturas hibridas magnéticas com os filmes de MoS;» sendo depositados por sputtering sobre um material ferrimagnético isolante (granada de ferro e ítrio) e posterior recobrimento com platina, formando a heteroestrutura YIG/MoS>/Pt, com o objetivo de investigar o transporte de spin no TMD. Por sua vez, imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR TEM) foram realizadas e evidenciaram algumas imperfeições na interface entre YIG e MoS;» que podem estar associadas à afinidade quimica entre esses dois materiais. Apesar disso, os mapas elementares obtidos por meio de EDS de profundidade revelaram um comportamento uniforme e bem definido das composições químicas entre as camadas. Medidas de transporte foram realizadas e mostraram que uma bicamada Ti (5 nm)/Ag (50 nm) é uma boa alternativa de contato elétrico em filmes finos de MoS», pois apresenta comportamento ôhmico. Finalmente, estudamos a conversão de corrente de spin para corrente de carga em uma bicamada composta de um filme fino de MoS> acoplado a um filme de Py (permalloy) à temperatura ambiente, através do bombeamento de corrente de spin por meio da técnica de ressonância ferromagnética (FMR). Palavras-chave: Filmes finos. Dissulfeto de molibdênio. Nanoestruturas hibridas magnéticas. Spintrônica.