Author(s):
Teferi, Mandefro Yehulie 
Date: 2010
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7541
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia de materiais; Ligas ferromagnéticas; Filmes finos; Pulverização catódica; Electromagnetismo
Description
Ligas de forma ferromagnética em sistemas Ni-Mn-Ga são uma classe recente de
materiais activos que podem gerar deformações de até 10% induzidas por um campo
magnético por um rearranjo de maclas. Esta e outras propriedades físicas destas ligas
têm importância tecnológica. Este trabalho investiga as propriedades de filmes finos
de ligas de Ni-Mn-Ga sobre diferentes substratos, incluindo substratos activos
(piezeléctricos). Para estudar as propriedades de filmes finos da liga, heteroestruturas
sob a forma de Ni-Mn-Ga/substrato foram produzidas por RF sputtering com
magnetrão utilizando temperaturas de deposição de 3200C, 3700C, 4000C sobre
substratos de Al2O3, MgO, SrTiO3 e PMN-PT. A influência da temperatura do
substrato durante a deposição nas propriedades estruturais e magnéticas de filmes finos
foi estudada. Além disso, o acoplamento magnetoeléctrico entre Ni-Mn-Ga como filme
fino material ferromagnético e PMN-PT como material piezoeléctrico foi investigada.
O efeito magnetoeléctrico foi investigado apenas em filmes depositados a temperatura
do substrato de 3700C e 4000C. As propriedades estruturais foram estudadas por
difração de raios-X, as propriedades magnéticas foram investigadas por VSM, SQUID,
e MFM, e o efeito magnetoeléctrico foi estudado por técnica lock-in. A medida
estrutural mostrou que os filmes depositados são parcialmente cristalinos e o grau de
cristalinidade aumenta como o aumento da temperatura do substrato. Fases austenita e
martensita foram observadas nesses filmes. Os resultados da medição magnética
mostram que todos os filmes depositados exibem comportamento ferromagnético e o
comportamento ferromagnético é favorecido com o aumento da temperatura do
substrato. Todos os filmes depositados na temperatura do substrato de 400ºC
apresentam temperaturas dev Curie acima da temperatura ambiente: 337K para Ni-Mn-
Ga/PMN-PT, 345K para Ni-Mn-Ga/STO e 348K para Ni-Mn-Ga/Al2O3. Nenhuma
evidência separada de temperatura de transição estrutural foi observada para nos
filmes. Os resultados das medições magnetoeléctricas mostram que as heteroestruturas
multiferróicas Ni-Mn-Ga/PMN-PT apresentam efeito magnetoelétrico. O valor
máximo medido para a tensão magnetoeléctrica induzida para filmes depositados à
temperatura do substrato de 3700C e 4000C são 3.16mV/cmOe e 3.02mV/cmOe,
respectivamente. Ferromagnetic shape memory alloys (FSMAs) in Ni-Mn-Ga systems are a
recent class of active materials that can generate large magnetic field induced
strains up to 10% by twin rearrangement. This and other physical properties
these alloys have many technological importance. This work investigates the
properties of Ni-Mn-Ga alloy thin films on different substrates including active
substrate (piezoelectric). To study the properties of thin films of the alloy, the
heterostructures in the form of Ni-Mn-Ga/substrate were produced by RF
magnetron deposition system using substrate deposition temperatures of
3200C, 3700C, and 4000C, where the substrates used were Al2O3, MgO, SrTiO3
and PMN-PT. The influences of deposition substrate temperature on structural
and magnetic properties of sputtered thin films on the aforementioned
substrates were studied. Moreover, magnetoelectric coupling between Ni-Mn-
Ga thin film as ferromagnetic material and PMN-PT as piezoelectric material
was investigated. The magnetoelectric effect was investigated only on films
deposited at substrate temperature of 3700C and 4000C. The structural
properties were studied by x-ray diffraction, magnetic properties were
investigated by VSM, SQUID, and MFM, and the magnetoelectric effect was
studied by lock-in technique. The structural measurement has shown that asdeposited
films are partially crystalline and degree of crystallinity increases as
substrate temperature increase. Austenite and martensite phases have been
observed in these films. The magnetic measurement results show that all films
as-deposited display ferromagnetic behaviour and ferromagnetic behaviour
improvements are observed as substrate temperature increases. All films
deposited at substrate temperature of 4000C exhibit Curie temperatures above
room temperature which are 337K for Ni-Mn-Ga/PMN-PT, 345K for Ni-Mn-
Ga/STO, 348K for Ni-Mn-Ga/Al2O3. No separate signature of structural
transition temperature was observed for all these films. The magnetoelectric
measurement results show that a heterostructure of Ni-Mn-Ga/PMN-PT
multiferroic exhibit magnetoelectric effect. The measured maximum induced
magnetoelectric voltage for films deposited at substrate temperature of 3700C
and 4000C are 3.16mV/cmOe and 3.02mV/cmOe, respectively. Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais
Document Type
Master Thesis
Language
English
Advisor(s)
Amaral, Victor Brás de Sequeira; Lourenço, Armando
