Rare earth adatoms and nanoislands studied by scanning tunnelling microscopy
- Autores: David Coffey Blanco
- Directores de la Tesis: Miguel Ciria Remacha (dir. tes.), José Ignacio Arnaudas Pontaque (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José María Gómez Rodriguez (presid.), Aitor Mugarza Ezpeleta (secret.), Alexander Otte (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad de Zaragoza
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Zaguán
- Resumen
El trabajo de esta tesis se ha centrado en el estudio y caracterización de las propiedades electrónicas y magnéticas del tulio (Tm) a escala atómica. El interés del magnetismo de atómos y estructuras de tierras raras reside en la capa incompleta 4f, altamente localizada, lo cual reduce los efectos de hibridación, dando lugar a un comportamiento de los momentos de spin y orbitales más parecidos a la situación del átomo libre; como contraprestación, la localización de los estados 4f hace que su papel en la conducción y transmisión por túnel no sea siempre evidente.
El interés en estructuras de tierras raras (RE) de bajas dimensiones, más allá de la producción de capas delgadas ferromagnéticas o antiferromagnéticas, encuentra su justificación en la mejora de propiedades de interés tecnológico: formación de dominios magnéticos perpendiculares en capas adyacentes de metales de transición (TM), aumentar el momento magnético de multicapas RE-TM, mejorar las características de válvulas de spin, etc... Un sistema nanoestructurado introduce su geometría como una variable adicional, puesto que existe una fuerte relación entre el tamaño de la estructura, su estructura cristalina y sus propiedades magnéticas. Una parte de esta tesis se dedica al estudio de la preparación y caracterización de capas de tulio con una monocapa atómica de espesor, así como de islas nanométricas monocapa de dicho material.
Reducir más las dimensiones lleva al límite del átomo individual. Un átomo magnético en una superficie es el sistema de almacenamiento de información más pequeño que se puede concebir, a día de hoy, ya sea almacenando un bit en base 2 mediante un átomo con espín efectivo 1/2, o incluso bits más complejos, con un mayor número de estados, si se tuviera suficiente control sobre el estado de espín del átomo. El estudio del magnetismo de átomos individuales ha crecido mucho en las dos últimas décadas, impulsado por el desarrollo de técnicas experimentales que han hecho posible su investigación. Para experimentos locales, con resolución espacial de átomos individuales, la microscopía de efecto túnel (STM) y, en particular, su versión polarizada en espín, así como la espectroscopía túnel de excitación inelástica, han mostrado ser fundamentales en el estudio de las propiedades magnéticas de átomos individuales, y han sido utilizadas extensamente para la caracterización de átomos de metales de transición sobre distintos sustratos.
Con el objetivo de mejorar las propiedades pero manteniéndose en la escala de átomos individuales, esta línea de investigación ha dirigido su atención hacia el estudio de tierras raras, convertiéndose en un tema candente durante el transcurso de esta tesis. La reciente publicación de varios trabajos en revistas de alto impacto, así como la realización límite de un átomo magnético individual con un comportamiento biestable, indican que el estudio de tierras raras a esta escala mantendrá su relevancia en el futuro próximo. En este contexto, los experimentos y conclusiones obtenidos en esta tesis han contribuido a la discusión del uso de STM en la caracterización de átomos de tierras raras, en concreto ayudando a dilucidar la composición de la corriente túnel y cómo ello afecta a la posibilidad de interactuar con los estados 4f. En esta tesis se presenta el estudio de átomos de tulio y de lutecio sobre sustratos de distintas características: metálico, aislante y ferromagnético.
El sustrato ferromagnético utilizando en la sección anterior consiste en islas de hierro una monocapa atómica de espesor crecidas sobre tungsteno. Este sistema presenta un comportamiento asimétrico del estado de superfice en ambos materiales. Este hecho es estudiado en detalle y explicado mediante un modelo, teniendo en cuenta la interacción entre ambas capas.
