Vidrio de superespines de nanocristales de Co en multicapas Co/Ag crecidas por MBE
- Autores: Enrique Navarro Ramírez
- Directores de la Tesis: Maria Alonso Prieto (dir. tes.), Francisco Javier Palomares Simón (codir. tes.), Alejandro Gutiérrez Delgado (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jesus María González Fernández (presid.), Sergio Fernández Garrido (secret.), Juan Rubio Zuazo (voc.), Elvira Paz Pérez de Colosía (voc.), Federico Cebollada (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Materiales Avanzados y Nanotecnología por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
En los últimos años se ha prestado gran atención al estudio de heteroestructuras y sistemas nanoestructurados que incluyen materiales magnéticos, ya que abarcan un amplio espectro fenomenológico con interés científico-tecnológico.
Esta tesis se plantea en ese contexto de investigación, y aborda el estudio de un tipo de heteroestructuras magnéticas obtenidas mediante la técnica de “Epitaxia por Haces Moleculares” o MBE (Molecular Beam Epitaxy). El objetivo central de la tesis es realizar un estudio sistemático y detallado de multicapas Co y Ag, crecidas sobre substratos monocristalinos de MgO(001), con periodicidad controlada y capas de alta calidad cristalina en la orientación (001). Entre las multicapas metálicas, las de Co/Ag constituyen en cierta forma un sistema atípico y controvertido, en comparación por ejemplo con las de Co/Cu(001). En este trabajo se ha puesto el foco en sistemas con capas de Co de pequeño espesor, donde el comportamiento magnético reportado resultaba más interesante o controvertido, y la posibilidad de capas discontinuas o granulares parecía mayor.
El estudio incluye la obtención de estas multicapas, su caracterización estructural, química y morfológica, y la investigación de sus propiedades magnéticas, empleando un amplio abanico de técnicas (entre ellas: RHEED, LEED, AES, XPS, XRR, XRD, AFM, SEM, STEM, magnetometría VSM y SQUID en modo DC y AC). Los resultados de la tesis indican que, sobre superficies limpias y ordenadas de substratos monocristalinos MgO(001) es posible obtener multicapas de Co/Ag con espesores nominales de Ag por periodo entre 2 y 16 monocapas atómicas (ML) y bajos espesores nominales (0.5ML- 6.5 ML) de Co por periodo, que presentan una estructura periódica correspondiente a un apilamiento coherente en la dirección perpendicular al plano del substrato y una alta calidad cristalina.
Las capas de Co tienen un carácter discontinuo y granular, y están constituidas fundamentalmente por nanopartículas (NPs) o agregados de Co fcc (001) embebidos en una matriz monocristalina de Ag(001). El comportamiento magnético de las multicapas aquí estudiadas es consistente con la morfología observada, y varía fundamentalmente con la concentración global de Co en la multicapa. En base a esa dependencia de las propiedades magnéticas con la concentración de Co, las distintas multicapas obtenidas pueden agruparse en tres grupos principales.
Las multicapas Co/Ag “más diluidas” (con concentraciones de Co entre 0.06 y 0.12, y menor espesor nominal de Co por periodo (entre 0.5 y 2 ML-Co)) exhiben comportamientos tipo SSG (super spin glass) o “vidrio de super-espines” para temperaturas inferiores que las identificadas en nuestro estudio de comportamiento crítico. La dispersión de la distribución de tamaños de NPs de Co en estas multicapas es pequeña, con valores del diámetro de las NPs típicamente en el rango de 1.6 nm.
El orden magnético SSG ha sido frecuentemente reportado en aleaciones metálicas granulares, donde el alto grado de desorden en las posiciones de las partículas magnéticas constituye un ingrediente clave de ese comportamiento colectivo. Las multicapas magnéticas ofrecen en principio un desorden reducido en comparación con los sólidos granulares, debido a la periodicidad que exhiben en la dirección perpendicular al plano de la película, por lo que la obtención de este resultado en multicapas Co/Ag es novedoso y significativo.
El segundo ingrediente necesario para la observación del orden magnético en estas muestras a baja temperatura es la existencia de interacciones entre las NPs de tipo competitivo (es decir, que con respecto a una partícula de referencia den lugar a interacciones imanadoras para ciertas direcciones y distancias, y para otras direcciones y distancias a interacciones desimanadoras). Nuestra propuesta es que, sin excluir una posible contribución del canje, las interacciones competitivas provienen del acoplo dipolar en estas multicapas.
Las multicapas con mayores concentraciones de Co y mayores espesores nominales de Co por periodo presentan endurecimiento magnético y desplazamientos en los ciclos de histéresis del tipo de los asociados al efecto de anisotropía inducida por campo o “exchange bias” (E.B). En base a los resultados obtenidos, tal fenomenología puede ser debida, bien a capas cuasi-continuas de óxido de Co (CoO) recubriendo los agregados de Co metálico, o bien a la presencia de un vidrio de espín asociado a átomos de Co difundidos en la matriz de Ag.
