Sincrotrón ALBA
Un estudio publicado en ACS Nano demuestra la impronta de una quiralidad 3D compleja a escala nanométrica utilizando técnicas de vanguardia para su fabricación y la microscopía magnética de la línea de luz MISTRAL del ALBA. Los resultados muestran el posible control de la configuración magnética con morfologías geométricas que tienen quiralidad 3D y abren una nueva vía en el nanomagnetismo aplicado. La investigación ha sido el resultado de una colaboración de personal investigador de las universidades de Cambridge, Glasgow y Zaragoza, el Sincrotrón ALBA y el Lawrence Berkeley Laboratory.
Figura: a) Impresión 3D de una nano-hélice de cobalto por FEBID. Después de la inyección de Co2(CO)8 en la cámara de un microscopio electrónico de barrido (SEM) utilizando un sistema de inyección de gas (GIS), el haz de electrones focalizado (en verde y magenta) expone alternativamente las dos cadenas de la hélice. b) Imagen SEM coloreada de la nanoestructura analizada, que consta de dos hélices dobles de quiralidad opuesta unidas en la distorsión del giro marcada *. Barra de escala de 250 nm, c) Imagen XMCD de la doble hélice estudiada, que cambia la quiralidad geométrica en *. Imagen en campo cero, después de la aplicación de un campo de saturación H a lo largo del eje como se indica. D) Imagen XMCD de la doble hélice en estudio en el estado de crecimiento. Barras de escala en c) y d) 200 nm.
Cerdanyola del Vallès, 8 de julio 2020
El control minucioso del proceso de deposición permitió fabricar una doble hélice magnética formada por dos nanohilos cilíndricos retorcidos y superpuestos. La figura a) muestra esquemáticamente el crecimiento de una doble hélice hecha de nanohilos de cobalto (Co) a partir de moléculas de fase gaseosa de octacarbonilo de dicobalto – Co2(CO)8 – utilizando la técnica de deposición focalizada inducida por haz de electrones (FEBID). La quiralidad de la doble hélice se puede manipular como se ve en la parte central del dibujo b), donde la quiralidad de la hélice se invierte en la posición marcada (*). La configuración magnética de la doble hélice es el resultado de la interacción dipolar que favorece la alineación antiparalela de la magnetización de los hilos, la interacción de intercambio que favorece la alineación paralela y el acoplamiento a través de la quiralidad inducida geométricamente.
En la línea de luz MISTRAL, utilizando rayos X polarizados circularmente y dicroísmo magnético en el borde de Co L3, se ha determinado la configuración magnética de la hélice mediante la adquisición de imágenes en diferentes orientaciones para aprovechar la dependencia angular del dicroísmo.
La figura c) ilustra la magnetización determinada experimentalmente de la doble hélice. Cada hebra individual tiene un diámetro de 85 nm y una longitud de 850 nm. Los colores rojo y azul se refieren a la magnetización hacia adentro y hacia afuera, respectivamente. La imagen evidencia que la magnetización marca la estructura helicoidal de la cadena y el cambio de quiralidad en la ubicación *. Esta configuración magnética se obtuvo en remanencia después de aplicar un campo a lo largo de la dirección axial. Alternativamente, si las imágenes se adquirían después de un crecimiento sin ningún campo aplicado, la configuración magnética era diferente. Ambas hebras mostraban magnetizaciones antiparalelas como se muestra en el esquema d) indicando el efecto dominante de la interacción dipolar.
Los resultados demuestran el posible control de la configuración magnética con morfologías geométricas que muestran quiralidad 3D y abren una nueva vía en el nanomagnetismo aplicado.
Referencia: D. Sanz-Hernández, A. Hierro-Rodríguez, C. Donnelly, J. Pablo-Navarro, A. Sorrentino, E. Pereiro, C. Margén, S. McVitie, J.M de Teresa, S. Ferrer, P. Fischer, A. Fernández-Pacheco. Artificial double-helix for geometrical control of magnetic chirality. ACS Nano 2020. DOI: 10.1021/acsnano.0c00720