Metales

Magnetismo en el límite de la capa atómica

 

Trabajamos en películas magnéticas, y sus propiedades cuando su grosor es del orden de unas pocas capas atómicas. Cuando se desciende a tal nivel de detalle, se pueden encontrar nuevos fenómenos. ¿Es una sola capa ferromagnética ?. ¿Cómo cambian sus propiedades con el grosor?. ¿Qué pasa con una sola capa de un material antiferromagnético?. Estos problemas han sido objeto de estudio durante los últimos 50 años. Sorprendéntemente, todabía hay mucho que aprender con la correcta combinación de técnicas.  

Como ejemplo, el reciente premio Nobel de Física por el descubrimiento de la magnetiresistencia gigante que usamos en nuestros discos duros. La combinación original de materiales en la que se descubrió el efecto era cromo y hierro. Sorprendéntemente, aún no sabíamos si una sola capa de cromo por sí misma es magnética o no. Recientemente usamos una serie de técnicas para averiguar que incluso una sola capa de hecho presenta orden antiferromagnético.

Otro ejemplo, considere el eje de fácil magnetización de un material ferromagnético: la dirección a lo largo de la que está orientada la magnetización en una muestra en ausencia de un campo magnético aplicado. La dirección de magnetización de la película puede depender del grosor de la película. Encontramos recientemente que las películas atómicas de una sola capa de grosor de cobalto sobre un substrato de rutenio tienen el eje de magnetización fácil en el plano de la película. Lo que de hecho se espera de una película delgada. Pero sorprendéntemente, una película -o islas- de dos capas atómicas cambia la magnetización (es decir, tiene una transición de reorientación de spin) a una orientación fuera del plano. coru spleem Y las películas de tres capas atómicas (y más gruesas) cambian de nuevo su dirección de magnetización (la figura muestra islas de 3 capas atómicas encima de una película de dos capas atómicas ). Por supuesto, el único modo de ver este tipo de comportamiento es mirar lo suficientemente cerca. El cobalto sobre rutenio, como muchos otros materiales, es muy difícil de hacer crecer en capas perfectas, de modo que podamos observar este efecto. De hecho, solo mirando en terrazas del substrato de varios micrómetros de ancho podríamos encontrar islas lo suficientemente perfectas para efectuar nuestro experimento.

La técnica que usamos para obtener imágenes localmente de los dominios magnéticos en una dirección dada es  microscopía de electrones de baja energía polarizados en spin. Esta es una microscopía de electrones de baja energía que emplea un haz de electrones que está polarizado en spin. La reflexión del haz en una muestra ferromagnética produce algún contraste debido dispersión por intercambio entre la muestra y el haz de electrones. Substrayendo las imágenes con polarizaciones en spin opuestas, se puede mapear los dominios magnéticos de la muestra. Hay unos pocos sistemas en el mundo. Hicimos este trabajo en colaboración con Andreas Schmid en el laboratorio de Berkeley.

And schematic overlaid on a topograhic image can be show here. Este trabajo fue seleccionado como Physics Review Focus story, y se puede ver ahí.

También hemos intentado cubrir las películas de Co con diferentes materiales, tales como Cu, Ag, y Au. Y  hemos encontrado que también el crecimiento de una capa cobertora no magnética produce transiciones de reorientación de spin. Como ejemplo, cubriendo las películas de cobalto con plata encontramos los siguientes cambios en el eje fácil magnético, las flechas indican la dirección de magnetización de las películas de Co con un recubrimiento dado de cada uno de los metales moneda. Como se puede ver, hemos encontrado unas pocas combinaciones que presentan magnetización fuera del plano.