En algunos materiales, los espines forman estructuras magnéticas complejas dentro de la escala nanométrica y micrométrica en las que la dirección de magnetización gira y se curva en direcciones específicas. Ejemplos de tales estructuras son las burbujas magnéticas, los skyrmions y los vórtices magnéticos.
La espintrónica pretende utilizar estructuras magnéticas tan diminutas para almacenar datos o realizar operaciones lógicas con un consumo de energía muy bajo en comparación con los componentes microelectrónicos dominantes en la actualidad. Sin embargo, la generación y estabilización de la mayoría de estas texturas magnéticas está restringida a unos pocos materiales y se puede lograr en condiciones muy específicas (temperatura, campo magnético, etc.).
Una colaboración internacional dirigida por el físico de HZB, Dr. Sergio Valencia, ha investigado un nuevo enfoque que puede usarse para crear y estabilizar texturas de espín complejas, como vórtices radiales, en una variedad de compuestos. En un vórtice radial, la magnetización apunta hacia o lejos del centro de la estructura. Este tipo de configuración magnética suele ser muy inestable.
Dentro de este novedoso enfoque, se crean vórtices radiales con la ayuda de estructuras superconductoras, mientras que la presencia de defectos superficiales logra su estabilización.
Las muestras consisten en islas del tamaño de un micrómetro hechas del superconductor de alta temperatura YBCO sobre el cual se deposita un compuesto ferromagnético. Al enfriar la muestra por debajo de 92 Kelvin (-181 °C), YBCO entra en estado superconductor.
En este estado, se aplica un campo magnético externo que se elimina inmediatamente. Este proceso permite la penetración y fijación de cuantos de flujo magnético, lo que a su vez crea un campo magnético parásito.
Es este campo perdido el que produce nuevas microestructuras magnéticas en la capa ferromagnética suprayacente:los espines emanan radialmente desde el centro de la estructura, como en un vórtice radial.
A medida que aumenta la temperatura, YBCO pasa del estado superconductor a un estado normal. Entonces, el campo perdido creado por las islas YBCO desaparece, al igual que el vórtice radial magnético. Sin embargo, los investigadores y colaboradores de HZB han observado que la presencia de defectos en la superficie impide que esto suceda:los vórtices radiales conservan parcialmente el estado impreso, incluso cuando se acercan a la temperatura ambiente.
"Utilizamos el campo magnético generado por las estructuras superconductoras para imprimir ciertos dominios magnéticos en los ferroimanes colocados sobre ellos y los defectos superficiales para estabilizarlos. Las estructuras magnéticas son similares a las de un skyrmion y son interesantes para aplicaciones espintrónicas", explica Valencia. .
Los vórtices impresos más pequeños tenían aproximadamente 2 micrómetros de diámetro, aproximadamente 10 veces el tamaño de los skyrmions típicos. El equipo estudió muestras con geometrías circulares y cuadradas y descubrió que las geometrías circulares aumentaban la estabilidad de los vórtices radiales magnéticos impresos.
"Se trata de una forma novedosa de crear y estabilizar este tipo de estructuras y se puede aplicar en una variedad de materiales ferromagnéticos. Éstas son nuevas y buenas perspectivas para un mayor desarrollo de la espintrónica superconductora", afirma Valencia.
El estudio se publica en la revista ACS Applied Materials &Interfaces. .
Más información: David Sánchez-Manzano et al, Dependencia del tamaño y estabilidad a altas temperaturas de texturas magnéticas de vórtice radial impresas por campos callejeros superconductores, Interfaces y materiales aplicados ACS (2024). DOI:10.1021/acsami.3c17671
Información de la revista: Interfaces y materiales aplicados de ACS
Proporcionado por la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes
