Sincrotró ALBA
La tècnica de tomografia vectorial desenvolupada a la línia de llum MISTRAL del Sincrotró ALBA permet visualitzar amb resolució nanomètrica l'orientació de la magnetització en singularitats magnètiques situades en pel·lícules magnètiques o multicapa. Després de 10 anys d'investigació, s'informa de la primera observació de punts de Bloch hiperbòlics, interessants per al transport d'informació magnètica.
Al voltant del 70% de totes les dades emmagatzemades digitalment al món es troben a bits magnètics en discs que han de girar per arribar a la ubicació dels sensors de lectura mòbils. Aquesta tecnologia d'emmagatzematge, de fa més de trenta anys, consumeix energia i dissipa la calor a nivells no desitjats. Buscar mètodes més eficients ha estat, i encara és, un camp actiu d'investigació.
En lloc de peces mòbils com discos que requereixen motors elèctrics, s'apunta per moure els dominis magnètics en pel·lícules magnètiques ultra fines aplicant corrents elèctrics o altres excitacions reduint les potències operatives en ordres de magnitud. Dins d'aquest enfocament general, conegut com espintrònica, els dominis magnètics i les parets que separen dominis amb magnetització oposada són actors molt importants.
L'estructura magnètica de les parets dels dominis, històricament classificats en tipus Bloch i Neel, inclou singularitats, és a dir skyrmions, merons i punts de Bloch entre d'altres, que només s'han pogut observar en els darrers anys. L'estructura de la magnetització en aquestes singularitats els pot conferir una estabilitat energètica suficient per ser considerades com a possibles entitats dinàmiques per a memòries magnètiques basades en l'espintrònica.
Com que les seves mides són nanomètriques i la seva conformació magnètica és en general complicada, es requereixen mètodes de microscòpia d'última generació per visualitzar-los. A la línia de llum MISTRAL del Sincrotró ALBA aquest tema s'ha investigat des de fa ja deu anys i progressivament s'ha anat millorant la precisió en la descripció d'entitats magnètiques. El mètode experimental, conegut com tomografia magnètica vectorial, permet visualitzar amb resolució nanomètrica la orientació de la magnetització en singularitats magnètiques situades en pel·lícules magnètiques o multicapa. Es basa en la dependència angular de l'absorció magnètica dicroica (absorció de raigs X diferent per a fotons polaritzats circularment per a dreta i esquerra).
Un exemple d'aquesta tècnica basada en la llum de sincrotró és el treball publicat més recent, realitzat per científics del departament de Física de la Universitat d'Oviedo i de l'ALBA. La mostra, una tricapa de GdCo/NdCo/GdCo, es va cultivar per co-sputtering sobre membranes de Si-N a Oviedo i es va dissenyar per mostrar acoblaments ferro i antiferromagnètics tal com es dibuixa als panells a i b de la imatge següent.
Configuració magnètica de la tricapa. El panell a, en fletxes grans, mostra la magnetització neta de cada capa. Els dos de la part superior estan acoblats antiferromagnèticament (magnetitzacions en sentits oposats), mentre que el parell inferior estan acoblats ferromagnètics (magnetitzacions en el mateix sentit). Les fletxes dobles indiquen un eix d'anisotropia fàcil a cada capa. Aint Top i Aint Bot indiquen l'acoblament d'intercanvi efectiu a les interfícies. El panell b mostra els moments magnètics individuals de Co (negre) i Gd (morat). Cal tenir en compte que les diferents proporcions de Gd i Co a les capes superior i inferior donen lloc a una magnetització neta que apunta cap avall a la capa superior i cap amunt a les capes inferiors.
Una anàlisi acurada dels tomogrames magnètics va donar el resultat que es mostra a la següent imatge que està completament determinat experimentalment.
Diversos punts de Bloch seleccionats a la tricapa situada a les interfícies superior o inferior. L'eix z és perpendicular a la pel·lícula. A la interfície inferior amb acoblament paral·lel, els punts de Bloch circulen (BP1 i BP2), mentre que els punts hiperbòlics de Bloch es nucleen a la interfície superior que té acoblament antiferromagnètic.
Els punts de Bloch 3 i 4 tenen la magnetització apuntant radialment cap a dins al pla equatorial i cap a fora als pols nord/sud, donant lloc a una configuració hiperbòlica. Pel que se sap, aquesta és la primera observació publicada de punts de Bloch hiperbòlics.
Aquests resultats mostres el poder del mètode de tomografia vectorial desenvolupat a MISTRAL i la varietat i complexitat dels punts Bloch en interfícies dissenyades.
Referència: Javier Hermosa-Muñoz, Aurelio Hierro-Rodríguez, Andrea Sorrentino, José I. Martín, Luis M. Alvarez Prado, Eva Pereiro, Carlos Quirós, María Vélez & Salvador Ferrer. Hyperbolic Bloch points in ferrimagnetic exchange spring. Physics Vol. 61, June 24, 10771.