Dynamical effects in magnetic nanostructures: a detailed angular-dependent dynamic study of model systems with competing anisotropies, reorientation transitions, or reversal changes
- Autores: José Luís Fernández Cuñado
- Directores de la Tesis: Julio Camarero de Diego (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 247
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan José de Miguel Llorente (presid.), Alberto Bollero Real (secret.), Juan de la Figuera (voc.), Stefania Pizzini (voc.), Josep Nogués i Sanmiguel (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
El estudio de la dinámica de las propiedades magnéticas es una cuestión muy relevante en el nanomagnetismo hoy en día, tanto desde el punto de vista fundamental como tecnológico. El uso de materiales magnéticos en muchísimas aplicaciones desde las agujas de las brújulas a los motores eléctricos, teléfonos móviles y ordenadores personales, ha impulsado la investigación de materiales con propiedades particulares tanto en su comportamiento estático como dinámico. Por ejemplo, las características de la inversión de imanación (es decir, los mecanismos relevantes, tiempos y campos de inversión) determinan cómo la magnetización preserva su estado en aplicaciones para imanes permanentes potentes, basados en estructuras magnéticas nanogranulares, consolidadas en sistemas macroscópicos (volumen grande), así como la manera en que la información se lee y escribe con dispositivos de espintrónica, basados en nanoarquitectura de multicapas de láminas delgadas (baja dimensionalidad). El entendimiento completo de estas nanoestructuras magnéticas requiere, además, indagar en las propiedades dinámicas mediante el uso de técnicas experimentales que combinan la capacidad de identificar todos los parámetros dinámicos. Las tecnologías presentes y futuras requieren por tanto una comprensión a nivel fundamental y el control de los procesos dinámicos en este contexto.
Esta tesis proporciona un estudio sistemático de la dinámica de las propiedades magnéticas de nanoestructuras tipo, ilustrando cuán críticas son en la nanoescala. Avances tanto técnicos como científicos se presentan en los distintos capítulos del manuscrito. Se han desarrollado magnetómetros vectoriales únicos en su clase, basados en el efecto Kerr magneto-óptico, para investigar en detalle la dependencia angular de las propiedades dinámicas sobre un rango de variación de rampa magnética de hasta nueve décadas, desde 10^-4 T/s hasta 10^+4 T/s, en un amplio rango de temperaturas desde 5 K hasta 500 K. Estos magnetómetros se han llamado drv-MOKE y TRISTAN respectivamente.
Las nanoestructuras magnéticas investigadas en esta tesis abarcan desde el sistema con simetría magnética más simple (láminas ferromagnéticas con anisotropía magnética uniaxial bien definida) hasta las heteroestructuras magnéticas más complejas con competición de anisotropías (biaxial-uniaxial; bicapas con acoplo de canje de material ferromagnético/antiferromagnético) con reorientación de spin, inducidos o bien intrínsecamente (originados a partir de comportamientos diferentes de las dependencias con la temperatura de cada anisotropía que está compitiendo o mediante transiciones de fase, como es el caso en las transiciones Verwey, de metal a aislante), o extrínsecamente (a través de procesos de Field Cooling). En general la dependencia angular y dinámica de las magnitudes magnéticas relevantes (campos de transición, remanencias, simetrías magnéticas efectivas) así como los mecanismos de inversión de imanación se abordan en el marco de los procesos tanto térmicamente activados como no, donde la temperatura y el rango de variación del campo aplicado son usados para controlar el comportamiento. Como conclusión general, la clave para el control del comportamiento magnético en dinámica es la anisotropía magnética dinámica efectiva.
En este manuscrito se presentan muchos resultados científicos importantes, tales como: i) la aparición del astroide de Stoner-Wohlfarth en láminas ferromagnéticas delgadas en el régimen dinámico, donde los procesos nucleativos gobiernan la inversión de imanación; ii) efectos de ruptura de simetría en sistemas con competición de anisotropías de evolución distinta con la temperatura, como se encuentra por ejemplo en láminas delgadas de Fe(100) con anisotropía magnética inducida a propósito; iii) transiciones de reorientación de spin inesperadas en láminas delgadas de magnetita, Fe3O4 (001) , a la temperatura de Verwey; iv) revisión de los efectos de acoplamiento de canje dependientes del campo en bicapas ferro/antiferro de Co/MnF2(111); v) los datos experimentales se discuten en el marco de los modelos teóricos de Stoner-Wohlfarth (adecuado para los sistemas cuya inversión de imanación se rige por mecanismos tipo monodominio, y también para los extendidos que se rigen por procesos de inversión de tipo nucleativo) y los de "pinning'' y de Cowburn (más adecuados para sistemas en los que los fenómenos propagativos de paredes de dominio constituyen el mecanismo dominante en la inversión de imanación). Cabe remarcar que se aportan una serie de pautas básicas con las que se pueden enfrentar problemas que serían de otro modo imposibles de conciliar. Los resultados proveen nuevas prospecciones dentro del nanomagnetismo, abriendo vías para el desarrollo futuro de dispositivos magnéticos basados en nanoestructuras cuya dinámica y simetrías magnéticas se diseñan ex profeso para cada aplicación.
