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Nueva técnica para visualizar ondas acústicas superficiales y sus efectos en materiales nanomagnéticos

Secuencia de imágenes directas (fotogramas) en las que se puede observar la modificación del dominio magnético del material debido al paso de una onda acústica de superficie.

Secuencia de imágenes directas (fotogramas) en las que se puede observar la modificación del dominio magnético del material debido al paso de una onda acústica de superficie.

05/09/2017

Recerca

Investigadores del Departamento de Física de la Materia Condensada han participado en el desarrollo de una nueva técnica experimental que permite utilizar ondas acústicas superficiales para mejorar el almacenamiento y procesamiento de datos. Los investigadores de la UB Joan Manel Hernández, Sergi Lendínez y Nahuel Statuto han trabajado junto a otros del sincrotrón ALBA y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, en colaboración con el Instituto Paul Scherrer (Suiza), la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia y el Instituto Paul Drude (ambos en Alemania).

Uno de los métodos que se está investigando actualmente para modificar las propiedades magnéticas de los materiales, y mejorar así la capacidad de almacenamiento y procesamiento de datos de diferentes dispositivos, se basa en la deformación elástica del material magnético.

En esta línea, una forma de producir cambios rápidos de deformación —hasta la escala de los subnanosegundos— y por tanto, inducir cambios de magnetización, es utilizar ondas acústicas superficiales (SAW), que son ondas de deformación. Estas funcionan de manera similar a como lo hace la onda que propaga la deformación a lo largo de una barra de hierro golpeada con un martillo en uno de sus extremos. Una onda acústica superficial propaga una deformación solo en la capa superficial, tal y como hacen las olas en el océano. En los materiales piezoeléctricos, es decir, que se expanden o contraen al aplicarles un voltaje, se pueden generar estas ondas a partir de campos eléctricos oscilantes.

Los investigadores citados han desarrollado una nueva técnica experimental para visualizar cuantitativamente estas ondas acústicas superficiales y utilizarlas para modificar la magnetización de nanoelementos magnéticos sobre la capa superficial de un cristal.

 

Propiedades magnéticas, fotograma a fotograma

El experimento se llevó a cabo en la línea de luz CIRCE del sincrotrón ALBA, utilizando el microscopio de fotoemisión (PEEM), una herramienta de vanguardia para analizar capas finas, superficies e intercaras, así como propiedades magnéticas de nanomateriales. Los investigadores prepararon cuadrados magnéticos depositados sobre un cristal piezoeléctrico. Utilizando como referencia la señal de tiempo de los aceleradores del sincrotrón ALBA, se sincronizaron la señal de la onda y los pulsos de luz de sincrotrón. Este sistema permitió que los investigadores grabaran imágenes (fotogramas) de la muestra cuando la onda pasaba a través de ella, dando la posibilidad de estudiar con detalle los procesos rápidos que ocurren a 500 MHz (500 millones de veces por segundo).

Los resultados mostraron que los cuadrados magnéticos cambiaron sus propiedades bajo el efecto de las ondas, ampliando o encogiendo los dominios magnéticos en función de la fase de la onda. Curiosamente, la deformación no tiene efecto instantáneamente, sino que hay un retraso entre la onda y los cambios magnéticos.

Comprender cómo se pueden modificar las propiedades magnéticas en una escala de tiempo rápido es clave para diseñar dispositivos eficientes en el futuro. Además, este sistema también podría utilizarse para otras áreas, como la manipulación de nanopartículas y células, o el control de reacciones químicas.

Más información

 

Referencia del artículo:

M. Foerster, F. Macià, N. Statuto, S. Finizio, A. Hernández-Mínguez, S. Lendínez, P. Santos, J. Fontcuberta, J. M. Hernàndez, M. Kläui, L. Aballe. «Direct imaging of delayed magneto dynamic modes induced by surface acoustic waves». Nature Communications, septiembre de 2017. Doi: 10.1038/s41467-017-00456-0

 

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