I. Anisotropy and crystal structure of ferromagnetic thin films. II. Investigations into magnetic microstructure by Lorentz microscopy

The induced magnetic uniaxial anisotropy of Ni-Fe alloy films has been shown to be related to the crystal structure of the film. By use of electron diffraction, the crystal structure or vacuum-deposited films was determined over the composition range 5% to 85% Ni, with substrate temperature during deposition at various temperatures in the range 25° to 500° C. The phase diagram determined in this way has boundaries which are in fair agreement with the equilibrium boundaries for bulk material above 400°C. The (α+ ɤ) mixture phase disappears below 100°C.

The measurement of uniaxial anisotropy field for 25% Ni-Fe alloy films deposited at temperatures in the range -80°C to 375°C has been carried out. Comparison of the crystal structure phase diagram with the present data and those published by Wilts indicates that the anisotropy is strongly sensitive to crystal structure. Others have proposed pair ordering as an important source of anisotropy because of an apparent peak in the anisotropy energy at about 50% Ni composition. The present work shows no such peak, and leads to the conclusion that pair ordering cannot be a dominant contributor.

Width of the 180° domain wall in 76% Ni-Fe alloy films as a function of film thickness up to 1800 Å was measured using the defocused mode of Lorentz microscopy. For the thinner films, the measured wall widths are in good agreement with earlier data obtained by Fuchs. For films thicker than 800 Å, the wall width increases with film thickness to about 9000 Å at 1800 Å film thickness. Similar measurements for polycrystalline Co films with thickness from 200 to 1500 Å have been made. The wall width increases from 3000 Å at 400 Å film thickness to about 6000 Å at 1500 Å film thickness. The wall widths for Ni-Fe and Co films are much greater than predicted by present theories. The validity of the classical determination of wall width is discussed, and the comparison of the present data with theoretical results is given.

Finally, an experimental study of ripple by Lorentz microscopy in Ni-Fe alloy films has been carried out. The following should be noted: (1) the only practical way to determine experimentally a meaningful wavelength is to find a well-defined ripple periodicity by visual inspection of a photomicrograph. (2) The average wavelength is of the order of 1µ. This value is in reasonable agreement with the main wavelength predicted by the theories developed by others. The dependence of wavelength on substrate deposition temperature, alloy composition and the external magnetic field has been also studied and the results are compared with theoretical predictions. (3) The experimental fact that the ripple structure could not be observed in completely epitaxial films gives confirmation that the ripple results from the randomness of crystallite orientation. Furthermore, the experimental observation that the ripple disappeared in the range 71 and 75% Ni supports the theory that the ripple amplitude is directly dependent on the crystalline anisotropy. An attempt to experimentally determine the order of magnitude of the ripple angle was carried out. The measured angle was about 0.02 rad. The discrepancy between the experimental data and the theoretical prediction is serious. The accurate experimental determination of ripple angle is an unsolved problem.

Spin wave resonance in ferromagnetic films

The objective of this investigation has been a theoretical and experimental understanding of ferromagnetic resonance phenomena in ferromagnetic thin films, and a consequent understanding of several important physical properties of these films. Significant results have been obtained by ferromagnetic resonance, hysteresis, torque magnetometer, He ion backscattering, and X-ray fluorescence measurements for nickel-iron alloy films.

Taking into account all relevant magnetic fields, including the applied, demagnetizing, effective anisotropy and exchange fields, the spin wave resonance condition applicable to the thin film geometry is presented. On the basis of the simple exchange interaction model it is concluded that the normal resonance modes of an ideal film are expected to be unpinned. The possibility of nonideality near the surface of a real film was considered by means of surface anisotropy field, inhomogeneity in demagnetizing field and inhomogeneity of magnetization models. Numerical results obtained for reasonable parameters in all cases show that they negligibly perturb the resonance fields and the higher order mode shapes from those of the unpinned modes of ideal films for thicknesses greater than 1000 Å. On the other hand for films thinner than 1000 Å the resonance field deviations can be significant even though the modes are very nearly unpinned. A previously unnoticed but important feature of all three models is that the interpretation of the first resonance mode as the uniform mode of an ideal film allows an accurate measurement of the average effective demagnetizing field over the film volume. Furthermore, it is demonstrated that it is possible to choose parameters which give indistinguishable predictions for all three models, making it difficult to uniquely ascertain the source of spin pinning in real films from resonance measurements alone.

Spin wave resonance measurements of 81% Ni-19% Fe coevaporated films 30 to 9000 Å thick, at frequencies from 1 to 8 GHz, at room temperature, and with the static magnetic field parallel and perpendicular to the film plane have been performed. A self-consistent analysis of the results for films thicker than 1000 Å, in which multiple excitations can be observed, shows for the first time that a unique value of exchange constant A can only be obtained by the use of unpinned mode assignments. This evidence and the resonance behavior of films thinner than 1000 Å strongly imply that the magnetization at the surfaces of permalloy films is very weakly pinned. However, resonance measurements alone cannot determine whether this pinning is due to a surface anisotropy, an inhomogeneous demagnetizing field or an inhomogeneous magnetization. The above analysis yields a value of 4πM=10,100 Oe and A = (1.03 ± .05) x 10^-6 erg/cm for this alloy. The ability to obtain a unique value of A suggests that spin wave resonance can be used to accurately characterize the exchange interaction in a ferromagnet.

In an effort to resolve the ambiguity of the source of pinning of the magnetization, a correlation of the ratio of magnetic moment and X-ray film thickness with the value of effective demagnetizing field 4πNM as determined from resonance, for films 45 to 300 Å has been performed. The remarkable agreement of both quantities and a comparison with the predictions of five distinct models, strongly imply that the thickness dependence of both quantities is related to a thickness dependent average saturation magnetization, which is far below 10,100 Oe for very thin films. However, a series of complementary experiments shows that this large decrease of average saturation magnetization cannot be simply explained by either oxidation or interdiffusion processes. It can only be satisfactorily explained by an intrinsic decrease of the average saturation magnetization for very thin films, an effect which cannot be justified by any simple physical considerations.

Recognizing that this decrease of average saturation magnetization could be due to an oxidation process, a correlation of resonance measurements, He ion backscattering, X-ray fluorescence and torque magnetometer measurements, for films 40 to 3500 Å thick has been performed. On basis of these measurements it is unambiguously established that the oxide layer on the surface of purposefully oxidized 81% Ni-19% Fe evaporated films is predominantly Fe-oxide, and that in the oxidation process Fe atoms are removed from the bulk of the film to depths of thousands of angstroms. Extrapolation of results for pure Fe films indicates that the oxide is most likely α-Fe₂O₃. These conclusions are in agreement with results from old metallurgical studies of high temperature oxidation of bulk Fe and Ni-Fe alloys. However, X-ray fluorescence results for films oxidized at room temperature, show that although the preferential oxidation of Fe also takes place in these films, the extent of this process is by far too small to explain the large variation of their average saturation magnetization with film thickness.

Transformação de metanol em olefinas leves catalisada por zeólitas HZSM-5

A reação de transformação de MeOH em olefinas leves foi investigada sobre zeólitas HZSM-5 com razões SiO2/Al2O3 (SAR) iguais a 30, 80 e 280. As propriedades ácidas e texturais da amostra com SAR 30 foram modificadas por impregnação com ácido fosfórico. A caracterização físico-química das amostras foi realizada empregando-se as técnicas de FRX, fisissorção de N2, DRX, DTP de NH3 e IV com adsorção de piridina. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado tanto em condições reacionais similares (mesma T, pressão parcial de MeOH e WHSV) como em condições de isoconversão. Verificou-se, que quanto maior a SAR da zeólita, menor a densidade total e a força dos sítios ácidos presentes, sendo este efeito mais significativo para os sítios de Brönsted. O efeito do aumento da SAR favoreceu a estabilidade catalítica e a formação de olefinas leves, principalmente propeno. No caso das amostras contendo fósforo, foi observada uma redução linear na área específica BET e no volume de microporos com o aumento do teor de fósforo. Estes resultados, aliados aos obtidos por DRX, sugerem que a redução mais significativa na área específica e no volume de microporos pode ser associada à redução na cristalinidade e à formação de espécies amorfas contendo fósforo, que bloqueariam a estrutura porosa da zeólita. Não se observou alteração significativa na força dos sítios fracos, enquanto a força dos sítios fortes diminuiu significativamente. As amostras apresentando menor SAR e menor teor de fósforo foram mais ativas. Por outro lado, em condições de isoconversão de 916%, a amostra mais seletiva à formação de olefinas foi aquela com maior SAR. Dentre as amostras impregnadas, aquela contendo 4% de fósforo foi a mais seletiva a propeno, enquanto a que continha 6% foi mais seletiva a eteno. A amostra com SAR igual a 280 foi investigada variando-se a temperatura de reação (400, 500 e 540C) e a pressão parcial de metanol (0,038; 0,083 e 0,123 atm), através de um planejamento experimental do tipo Box-Benhnken (32). O rendimento otimizado em olefinas leves foi alcançado a 480C e 0,08 atm. O modelo proposto descreveu bem os dados experimentais e evidenciou a existência de uma faixa ótima de temperatura para maximização do rendimento em propeno e eteno, o qual foi também afetado pela pressão parcial de MeOH na faixa estudada. Palavras-chave: ZSM-5, olefinas, propeno, eteno, processo MTO, fósforo.

Aspectos psicossociais do impedimento laboral por motivos de saúde em trabalhadores de cozinhas industriais

Este estudo teve por objetivo investigar a relação trabalho / saúde em trabalhadores de cozinhas industriais, focalizando o aspecto socioeconômico e outras dimensões da vida social (estresse no trabalho e eventos de vida produtores de estresse), incluindo-se morbidade (obesidade, doenças crônicas e transtornos mentais comuns), condição laboral (incômodos ambientais e acidentes de trabalho) e comportamentos relacionados à saúde (consumo alimentar, tabagismo e álcool). Utilizando dados coletados nos nove Restaurantes Populares do Estado do Rio de Janeiro, apresentam-se três artigos. O primeiro descreve a população de estudo, considerando três grupos ocupacionais: Administrativos, Cozinheiros e Copeiros, e os Auxiliares de Serviços Gerais. O segundo artigo investiga a associação entre as características psicossociais e o impedimento laboral por motivos de saúde, considerando uma análise hierarquizada e, finalmente, o terceiro artigo discute a certificação da reprodutibilidade, na população de estudo, do questionário sueco da versão para o português do Demand-Control Questionnaire (DCQ), utilizado para avaliar estresse no ambiente de trabalho. Os homens representaram 62,7% do total de trabalhadores. A idade média dos funcionários foi de 35,1 anos, (DP=10,3). A renda familiar líquida foi de até dois salários mínimos para 60% dos trabalhadores. Obteve-se para o tempo de trabalho em cozinhas, uma média de 59,8 meses, tendo variado de um mínimo de 2 meses e máximo de 30 anos. A prevalência de doenças que tinham diagnóstico médico foi de 15,0% para Doença Osteomusculares Relacionadas ao Trabalho (DORT); 14,3% para Hipertensão Arterial Sistêmica; 12,7% para Gastrite; e, 2,1% para Diabete Mellitus tipo II. O acidente de trabalho corte foi relatado por 20,2% dos trabalhadores, seguido de contusão com 16,0%. A prevalência de acidentes de trabalho foi mais expressiva entre os ASG. A prevalência de impedimento laboral por motivos de saúde foi de 10,8%. Os modelos resultantes das análises multivariadas de associação entre impedimentos das atividades laborais e as variáveis que permaneceram no modelo final após o ajustes das variáveis indicaram que aqueles que referiram estado geral de saúde regular e ruim tiveram uma razão de prevalência de três para impedimento das atividades laborais comparados aos de muito bom e bom estado geral de saúde (RP: 3,59; IC:1,44-8,97). Os trabalhadores que exerciam suas atividades nos restaurante localizados na área 2 (Bangu, Central do Brasil, Maracanã e Niterói) apresentaram RP:2,38; IC:1,15-4,91) para ausências no trabalho quando comparados aos da área 1 (Barra Mansa, Campos, Itaboraí, Duque de Caxias e Nova Iguaçu). A confiabilidade da escala do DCQ, teste-reteste, produziu um Coeficiente de Correlação Intraclasse para as dimensões: demanda psicológica, controle do trabalho e apoio social no trabalho de 0,70, 0,68 e 0,80, respectivamente, sendo considerados bom. Este estudo reforça a importância dos aspectos psicossociais na ocorrência do impedimento por motivos de saúde e contribui para o conhecimento dessas relações. Sugere-se realizar estudos com desenho longitudinal, que permitam aprofundar o conhecimento sobre os determinantes psicossociais do trabalho e o absenteísmo.

Mecánica de fractura. Problemas resueltos

Se presentan en este manual un conjunto de problemas y ejercicios resueltos, de acuerdo a los temas del texto "Mecánica de fractura" de los mismos autores, publicado por la Universidad del País Vasco Euskal Herriko Unibertsitatea, incluyendo problemas propuestos en los exámenes de la asignatura del mismo nombre, de la titulación de Ingeniería de Materiales de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao. En el apéndice de este manual se incluyen algunas normas y especialmente la norma EN ISO 12737, que cubre la determinación de la resistencia a fractura por deformación plana de materiales metálicos. Estos ejercicios sirven para que el alumno trabaje por su cuenta, consolidando el conocimiento teórico y familiarizándose con algunas aplicaciones ingenieriles de la Mecánica de Fractura.