Τuning magnetic anisotrοpy fοr magnetοresistive sensοrs οptimisatiοn: Unveiling the interfacial magnetic interactions in La₁₋ₓSrₓMnO₃ films

• Autores: Raúl Solís León
• Directores de la Tesis: Paolo Perna (codir. tes.), Stéphane Flament (codir. tes.), Juan José de Miguel Llorente (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 238
• Tribunal Calificador de la Tesis: Claude Fermon (presid.), Saül Vélez Centoral (secret.), Helene Bea (voc.), Stéphane Flament (voc.), Juan Carlos Rojas sánchez (voc.), Laurence Mechin (voc.), Paolo Perna (voc.), Rocío Ranchal Sánchez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de la Materia Condensada, Nanociencia y Biofísica por la Universidad Autónoma de Madrid; la Universidad de Murcia y la Universidad de Oviedo
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Esta tesis lidia con la optimización de sensores de campo magnético, en particular sensores de magnetorresistencia anisotrópica (AMR) basados en La1-xSrxMnO3 (LSMO) depositado sobre sustratos de SrTiO3(001) (STO). Este tipo de dispositivos puede ser fabricado con una sola capa de material ferromagnético (FM); por consiguiente, su fabricación posee una simplicidad que otros dispositivos magnetorresistivos no pueden igualar. El objetivo último es implantar estos sensores en sistemas biológicos, requiriendo por tanto la capacidad de medir señales de muy baja intensidad (idealmente en el orden de cientos de pT/√Hz) a bajas frecuencias (<500 Hz). Otras restricciones impuestas sobre los sensores incluyen poseer un tamaño reducido y ser capaces de operar a temperatura corporal humana. El parámetro de Hooge que describe la intensidad del ruido de baja frecuencia exhibe valores extraordinariamente bajos para el LSMO, convirtiéndolo en un candidato adecuado para sensores AMR. La optimización de estos sensores se abordó desde diferentes frentes. El primero es determinar el ángulo de desalineamiento óptimo para el sustrato STO vecinal en el que se depositan las películas de LSMO, usado para inducir de manera efectiva anisotropía uniaxial. La variación del ángulo también provoca una alteración de la fuerza de la anisotropía, modificando la respuesta magnética. El segundo enfoque se beneficia de la compleja física de las manganitas, las cuáles exhiben una fuerte correlación entre sus propiedades eléctricas y magnéticas, y se ven afectadas por la cantidad de cationes dopantes que sustituyen el catión original para crear el estado de valencia mixta. Por tanto, investigamos la concentración óptima de dopantes que mejoraran la señal de salida y la respuesta de ruido. La tercera, y última, vía se relaciona con la estructura de los dispositivos. Existen dos configuraciones principales que utilizamos para medir señales de origen magnético. Ambas estructuras son puentes de Wheatstone (WB) fabricadas a lo largo de diferentes direcciones con respecto al eje fácil de la anisotropía: 45º y 90º. El WB de 45º ya presenta de por sí una región lineal alrededor de campo aplicado cero, pero su sensibilidad y detectividad son al menos un orden de magnitud peores que en el caso del WB de 90º. Sin embargo, el uso del WB de 90º requiere la aplicación de un campo de sesgo. Las limitaciones impuestas por la aplicación objetivo impiden el uso de un campo magnético externo, pero haciendo uso del efecto Hall de spin (SHE) podemos inducir un campo de sesgo interno que desplaza la región de operación a campo cero. Para poder usar el SHE hemos depositado Pt sobre el LSMO y obtenido una contribución mensurable de par de tipo campo (FL). Los resultados mostrados en esta tesis indican perspectivas prometedoras para el uso de sensores sesgados controlados intrínsecamente para mejorar el rendimiento del sensor. De hecho, el par FL generado en las bicapas LSMO/Pt es mayor a lo esperado, en el mismo orden de otros materiales más típicamente utilizados. Simulaciones micromagnéticas adicionales sugieren la viabilidad de este enfoque para hacer uso del par FL para desplazar la curva de respuesta de los sensores. Consecuentemente, los conocimientos adquiridos durante este trabajo pueden facilitar futuras investigaciones para la implementación de estos sensores en un entorno real.