Sincrotrón ALBA
La técnica de tomografía vectorial desarrollada en la línea de luz MISTRAL del Sincrotrón ALBA permite visualizar con resolución nanométrica la orientación de la magnetización en singularidades magnéticas ubicadas en películas magnéticas o multicapa. Después de 10 años de investigación, se reporta la primera observación de puntos de Bloch hiperbólicos, interesantes para el transporte de información magnética.
Alrededor del 70% de todos los datos almacenados digitalmente en el mundo se encuentran en bits magnéticos en discos que deben girar para llegar a la ubicación de los sensores de lectura móviles. Esta tecnología de almacenamiento, de hace más de treinta años, consume energía y disipa el calor a niveles no deseados. Buscar métodos más eficientes ha sido, y todavía es, un campo activo de investigación.
En lugar de piezas móviles como discos que requieren motores eléctricos, se aposta para mover los dominios magnéticos en películas magnéticas ultra finas aplicando corrientes eléctricas u otras excitaciones reduciendo las potencias operativas en órdenes de magnitud. Dentro de este enfoque general, conocido como espintrónica, los dominios magnéticos y las paredes que separan dominios con magnetización opuesta son actores muy importantes.
La estructura magnética de las paredes de los dominios, históricamente clasificados en tipos Bloch y Neel, incluye singularidades, es decir skyrmiones, merones y puntos de Bloch entre otros, que sólo se han podido observar en los últimos años. La estructura de la magnetización en estas singularidades les puede conferir una estabilidad energética suficiente para ser consideradas como posibles entidades dinámicas para memorias magnéticas basadas en la espintrónica.
Debido a que sus tamaños son nanométricos y su conformación magnética es por lo general complicada, se requieren métodos de microscopía de última generación para visualizarlos. En la línea de luz MISTRAL del Sincrotrón ALBA este tema se ha investigado desde hace diez años y progresivamente se ha ido mejorando la precisión en la descripción de entidades magnéticas. El método experimental, conocido como tomografía magnética vectorial, permite visualizar con resolución nanométrica la orientación de la magnetización en singularidades magnéticas ubicadas en películas magnéticas o multicapa. Se basa en la dependencia angular de la absorción magnética dicroica (absorción de rayos X diferente para fotones polarizados circularmente para derecha e izquierda).
Un ejemplo de esta técnica basada en la luz de sincrotrón es el trabajo publicado más reciente, realizado por científicos del departamento de Física de la Universidad de Oviedo y del ALBA. La muestra, una tricapa de GdCo/NdCo/GdCo, se cultivó por co-sputtering sobre membranas de Si-N en Oviedo y se diseñó para mostrar ensamblajes ferro y antiferromagnéticos tal como se dibuja en los paneles a y b de la siguiente imagen.
Configuración magnética de la tricapa. El panel a, en flechas grandes, muestra la magnetización limpia de cada capa. Los dos de la parte superior están ensamblados antiferromagnéticamente (magnetizaciones en sentidos opuestos), mientras que el par inferior están ensamblados ferromagnéticos (magnetizaciones en el mismo sentido). Las flechas dobles indican un eje de anisotropía fácil en cada capa. Aint Top y Aint Bot indican el acoplamiento de intercambio efectivo a las interfaces. El panel b muestra los momentos magnéticos individuales de Co (negro) y Gd (morado). Hay que tener en cuenta que las diferentes proporciones de Gd y Co en las capas superior e inferior dan lugar a una magnetización limpia que apunta hacia abajo en la capa superior y hacia arriba en las capas inferiores.
Un análisis cuidadoso de los tomogramas magnéticos dio el resultado que se muestra en la siguiente imagen, que está determinado completamente experimentalmente.
Varios puntos de Bloch seleccionados en la tricapa situada en las interfaces superior o inferior. El eje z es perpendicular a la película. En la interfaz inferior con acoplamiento paralelo, los puntos de Bloch circulan (BP1 y BP2), mientras que los puntos hiperbólicos de Bloch se nuclean en la interfaz superior que tiene acoplamiento antiferromagnético.
Los puntos de Bloch 3 y 4 tienen la magnetización apuntando radialmente hacia dentro al plano ecuatorial y hacia fuera a los polos norte/sur, dando lugar a una configuración hiperbólica. Por lo que se sabe, ésta es la primera observación publicada de puntos de Bloch hiperbólicos.
Estos resultados muestran el poder del método de tomografía vectorial desarrollado en MISTRAL y la variedad y complejidad de los puntos Bloch en interfaces diseñadas.
Referencia: 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.