Efeitos Orbitais, de Spin e de Carga em Interfaces Metálicas e Materiais Quânticos Bidimensionais
spintrônica; orbitrônica; spin pumping; materiais quânticos; metais de
transição.
As descobertas do efeito Hall de spin e da magnetorresistência gigante marcaram a
área da spintrônica como campo da física de grande interesse científico e tecnológico. Desde
então, muitas descobertas foram realizadas e muitos fenômenos passaram a ser entendidos.
Nessa tese, investigamos experimentalmente os mecanismos de conversão entre correntes
de carga, spin e momento angular orbital em diversas classes de materiais, incluindo metais
de transição, semimetais e no dicalcogeneto de metal de transição MoTe2. Para tanto,
utilizamos as técnicas de spin pumping (bombeamento de spin) por ressonância ferromagnética
(SP-FMR) e torque de spin por ressonância ferromagnética (ST-FMR), as quais
foram utilizadas para investigar, respectivamente, os processos de conversão orbital/carga
e spin/carga nos sentidos inverso e direto. Comparamos os resultados das respostas dos
efeitos Hall de spin e orbital inverso com as condutividades Hall de spin/orbitais calculadas
na literatura para 19 diferentes metais de transição, encontrando uma correlação
sistemática entre as duas quantidades. Também performamos medidas de ST-FMR em
heteroestruturas do tipo ferromagneto/metal não magnético (FM/NM) sobre SiO2 e compostas
por 9 diferentes metais e semimetais, utilizando Py como camada ferromagnética
para investigar a resposta de spin e Ni para investigar a resposta orbital. Essas medidas
nos permitiram calcular as eficiências de torque. Os valores de eficiência de torque
obtidos corroboraram resultados anteriores de SP-FMR, reforçando a predominância das
contribuições orbitais em grande parte dos materiais investigados. Performamos a mesma
investigação experimental para heteroestruturas do tipo SiO2/MoTe2/FM. Juntamente
com medidas de SP-FMR, pudemos verificar um mecanismo de interconversão spin-carga
na interface de origem Rashba. Por fim e possivelmente mais importante, identificamos
uma transição de fase estrutural induzida por espessura nos filmes de MoTe2 crescidos
sobre granada de ferro e ítrio (YIG). Essa transição mostrou-se correlacionada com a resposta
orbital do MoTe2, indicando a possibilidade de controlar propriedades de transporte
de spin e momento angular orbital por meio de engenharia estrutural.