Figure. Izquierda: poste de barbero que ilustra las líneas helicoidales que describe la magnetización en la superficie de los hilos. Derecha: esquema de la configuración de la magnetización del estado inicial del nanohilo junto con imágenes magnéticas antes y después de aplicar pulsos de campo magnético. En el estado inicial, las dos paredes de dominio señalizadas con flechas naranjas separan dominios con la misma quiralidad. Nótese que los dominios “cara a cara” o “espalda a espalda” tienen la misma quiralidad a pesar de tener signos opuestos de magnetización superficial. La flecha verde separa dos dominios de diferente quiralidad ya que, aunque tienen la misma orientación axial, el carácter helicoidal superficial es opuesto. Los pulsos de campo magnético de 120 mT mueven las paredes que separan los dominios con la misma quiralidad, pero no la pared verde que separa quiralidades opuestas.
Cedanyola del Vallès, 5 de noviembre de 2020. Hoy en día el nanomagnetismo se está expandiendo hacia las 3 dimensiones, este hecho viene provocado por el descubrimiento de nuevos fenómenos magnéticos y sus potenciales aplicaciones. Este cambio hacia el 3D debería estar acompañado por estrategias y metodologías que mapeen las texturas de spin tridimensionales asociadas.
Un nuevo estudio fruto de la colaboración de investigadores de dos líneas de luz del Sincrotrón ALBA (CIRCE y MISTRAL), con la participación de la Universidad Complutense de Madrid, IMDEA Nanociencia y la Universidad de Salamanca demuestra que los nanohilos tienen en su centro una magnetización alineada con el eje de hilo y, en la superficie, una magnetización que describe líneas helicoidales similares a las de los postes de barbero. Este carácter helicoidal aporta quiralidad a la configuración magnética ya que ésta puede ser diestra o zurda.
El equipo de investigación descubrió que dos dominios magnéticos contiguos con quiralidad opuesta son más difíciles de mover que dos dominios contiguos con la misma quiralidad. Este resultado evidencia el papel de la quiralidad sobre la dinámica de las paredes de dominio que podría utilizarse como una variable práctica para el almacenamiento magnético de datos.
El control del movimiento de paredes de dominio (DW, por sus siglas en inglés) a lo largo de las nanoestructuras por medio de campos magnéticos o corrientes eléctricas es un aspecto clave en el diseño de nuevos dispositivos para el almacenamiento magnético de datos. El uso de nanohilos (NWs, por sus siglas en inglés) cilíndricos ocasiona la aparición de nuevas estructuras de DW enlazadas directamente a geometrías cilíndricas, lo que introduce grados de libertad adicionales, produciendo estructuras magnéticas tridimensionales y permitiendo la aparición de nueva física para explotar. Estos nanohilos cilíndricos pueden estar también conectados en estructuras 3D, aumentando las posibilidades para el control de las propiedades magnéticas. Además, la particular textura de spin observada en los nanohilos cilíndricos presentados en este trabajo permite el movimiento de DWs sin límite de velocidad (conocido como el efecto Walker Breakdown) lo que convierte a los NWs en excelentes candidatos para su integración en dispositivos basados en movimiento de paredes de dominio (nuevas memorias, lógica magnética, etc.).
En un estudio previo en el que se utilizó la técnica PEEM (Microscopía Electrónica de Fotoemisión) en la línea de luz CIRCE de ALBA, los investigadores fueron capaces de deducir que estos nanohilos tenían una magnetización axial en el núcleo con una magnetización en la superficie que exhibía un patrón circular. De todos modos, no fueron capaces de determinar el sentido de la magnetización axial ni el de la magnetización helicoidal en la superficie. En la línea de luz MISTRAL, las medidas de absorción de dicroísmo magnético de rayos-X a diferentes ángulos permitió identificar la helicoidalidad de la magnetización superficial y su quiralidad, además del sentido axial de la magnetización.
Una misma luz para diferentes técnicas
Los nanohilos bajo estudio fueron crecidos por electrodeposición en el interior de los poros de un nanomolde. Seguidamente, se separaron de la membrana y se depositaron sobre una membrana transparente a los rayos-X. Para poder estudiar la configuración magnética de los nanohilos, se utilizó la técnica XMCD-PEEM (Dicroísmo Magnético Circular de Rayos-X y Microscopía Electrónica de Fotoemisión) en la línea de luz CIRCE y la técnica XMCD-TXM (Dicroísmo Magnético Circular de Rayos-X y Microscopía de Transmisión de rayos-X) en la línea de luz MISTRAL. Utilizando TXM, los investigadores pudieron obtener imágenes en el borde-L3 del hierro (Fe) con una helicoidalidad de fotones opuesta a 0 grados y 25 grados y sustraerlas pixel por pixel. Este procedimiento permitió determina tanto la magnetización axial en el núcleo como la magnetización helicoidal en la superficie de los hilos. Después de determinar la configuración magnética de los hilos, se aplicaron campos magnéticos axiales de intensidades creciente para determinar cómo afecta la estructura magnética de los hilos al movimiento de las paredes de dominio. Además, para poder entender en mayor profundidad el comportamiento de los hilos, los científicos llevaron a cabo simulaciones micromagnéticas y compararon los resultados experimentales con los simulados.
Referencia: S. Ruiz-Gomez, C. Fernández-González, E. Martínez, V. J. Raposo, A. Sorrentino, M. 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.
