Figura. Esquerra: pal de barber que il·lustra les línies helicoidals que descriu la magnetització en la superfície dels fils. Dreta: esquema de la configuració de la magnetització de l'estat inicial del nanofil juntament amb imatges magnètiques abans i després d'aplicar polsos de camp magnètic. En l'estat inicial, les dues parets de domini senyalitzades amb fletxes taronges separen dominis amb la mateixa quiralitat. Cal notar que els dominis "cara a cara" o "esquena a esquena" tenen la mateixa quiralitat tot i tenir signes oposats de magnetització superficial. La fletxa verda separa dos dominis de diferent quiralitat, ja que, encara que tenen la mateixa orientació axial, el caràcter helicoidal superficial és oposat. Els polsos de camp magnètic de 120 mT mouen les parets que separen els dominis amb la mateixa quiralitat, però no la paret verda que separa quiralitats oposades.
Cerdanyola del Vallès, 5 de novembre de 2020. Avui dia el nanomagnetisme s'està expandint cap a les tres dimensions, aquest fet ve provocat pel descobriment de nous fenòmens magnètics i les seves aplicacions potencials. Aquest canvi cap al 3D hauria d'estar acompanyat per estratègies i metodologies que facin un mapatge de les textures de spin tridimensionals associades.
Un nou estudi fruit de la col·laboració d'investigadors de dues línies de llum del Sincrotró ALBA (CIRCE i MISTRAL), amb la participació de la Universitat Complutense de Madrid, IMDEA Nanociència i la Universitat de Salamanca demostra que els nanofils tenen en el seu centre una magnetització alineada amb l'eix de fil i, en la superfície, una magnetització que descriu línies helicoidals similars a les dels pals de barber. Aquest caràcter helicoidal aporta quiralitat a la configuració magnètica, ja que aquesta pot ser destra o esquerrana.
L'equip d'investigació va descobrir que dos dominis magnètics contigus amb quiralitat oposada són més difícils de moure que dos dominis contigus amb la mateixa quiralitat. Aquest resultat evidencia el paper de la quiralitat sobre la dinàmica de les parets de domini que podria utilitzar-se com una variable pràctica per a l'emmagatzematge magnètic de dades.
El control del moviment de parets de domini (DW, per les sigles en anglès) al llarg de les nanoestructures per mitjà de camps magnètics o corrents elèctrics és un aspecte clau en el disseny de nous dispositius per a l'emmagatzematge magnètic de dades. L'ús de nanofils (NWs, per les sigles en anglès) cilíndrics ocasiona l'aparició de noves estructures de DW enllaçades directament a geometries cilíndriques, el que introdueix graus de llibertat addicionals, produint estructures magnètiques tridimensionals i permetent l'aparició de nova física per explotar. Aquests nanofils cilíndrics poden estar també connectats en estructures 3D, augmentant les possibilitats per al control de les propietats magnètiques. A més, la particular textura de spin observada en els nanofils cilíndrics presentats en aquest treball permet el moviment de DWs sense límit de velocitat (conegut com l'efecte Walker Breakdown) el que converteix els NWs en excel·lents candidats per a la seva integració en dispositius basats en moviment de parets de domini (noves memòries, lògica magnètica, etc.).
En un estudi previ en què es va utilitzar la tècnica PEEM (Microscòpia Electrònica de fotoemissió) en la línia de llum CIRCE d'ALBA, els investigadors van ser capaços de deduir que aquests nanofils tenien una magnetització axial en el nucli amb una magnetització en la superfície que exhibia un patró circular. De totes maneres, no van ser capaços de determinar el sentit de la magnetització axial ni el de la magnetització helicoidal en la superfície. En la línia de llum MISTRAL, les mesures d'absorció de dicroisme magnètic de raigs-X a diferents angles va permetre identificar l'helicoidalitat de la magnetització superficial i la seva quiralitat, a més del sentit axial de la magnetització.
Una mateixa llum per a diferents tècniques
Els nanofils sota estudi van ser crescuts per electrodeposició a l'interior dels porus d'un nanomotlle. Seguidament, es van separar de la membrana i es van dipositar sobre una membrana transparent als raigs-X. Per poder estudiar la configuració magnètica dels nanofils, es va utilitzar la tècnica XMCD-PEEM (Dicroisme Magnètic Circular de Raigs-X i Microscòpia Electrònica de Fotoemissió) en la línia de llum CIRCE i la tècnica XMCD-TXM (Dicroisme Magnètic Circular de Rayos- X i Microscòpia de Transmissió de raigs-X) en la línia de llum MISTRAL. Utilitzant TXM, els investigadors van poder obtenir imatges en la vora L3 del ferro (Fe) amb una helicoidalitat de fotons oposada a 0 graus i ± 25 graus i sostreure píxel per píxel. Aquest procediment va permetre determinar tant la magnetització axial en el nucli com la magnetització helicoidal en la superfície dels fils. Després de determinar la configuració magnètica dels fils, es van aplicar camps magnètics axials d'intensitats creixent per determinar com afecta l'estructura magnètica dels fils al moviment de les parets de domini. A més, per poder entendre amb més profunditat el comportament dels fils, els científics van dur a terme simulacions micromagnètiques i van comparar els resultats experimentals amb els simulats.
Referència: S. Ruiz-Gomez, C. Fernández-González, I. Martínez, V. J. Raposo, A. Sorrentino, el Sr. Foerster, L. Aballe, A. Mascaraque, S. Ferrer and L. Perez. Helical Surface magnetization in nanowires: the role of chirality. Nanoscale, 2020. DOI: 10.1039 / D0NR05424K.
