Ones magnetoacústiques: cap a un nou paradigma de comunicació en un xip

Una ona de propagació i una ona de magnetització estacionària en níquel ferromagnètic, impulsada per l’acoblament magnetoelàstic a una ona acústica de superfície (SAW) en un substrat piezoelèctric de LiNbO3. Les imatges combinen perfils de línies (el color indica la direcció de magnetització local) en diferents temps entre el pols de raigs X de la sonda i l’excitació elèctrica de l’ona acústica de superfície.
Una ona de propagació i una ona de magnetització estacionària en níquel ferromagnètic, impulsada per l’acoblament magnetoelàstic a una ona acústica de superfície (SAW) en un substrat piezoelèctric de LiNbO3. Les imatges combinen perfils de línies (el color indica la direcció de magnetització local) en diferents temps entre el pols de raigs X de la sonda i l’excitació elèctrica de l’ona acústica de superfície.
Recerca
(16/04/2020)

Un grup dʼinvestigadors ha pogut observar per primera vegada ones magnetoacústiques (ones de spin generades per ones acústiques), considerades com a potencials portadores dʼinformació per als futurs esquemes de computació. Aquestes ones sʼhan generat i observat en dispositius híbrids: magnètics i piezoelèctrics. Els experiments han estat dissenyats per investigadors de la Universitat de Barcelona, lʼInstitut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) i el Sincrotró ALBA. Els resultats mostren que les ones magnetoacústiques poden viatjar a grans distàncies —fins a centímetres— i tenen més amplitud de lʼesperada.

Una ona de propagació i una ona de magnetització estacionària en níquel ferromagnètic, impulsada per l’acoblament magnetoelàstic a una ona acústica de superfície (SAW) en un substrat piezoelèctric de LiNbO3. Les imatges combinen perfils de línies (el color indica la direcció de magnetització local) en diferents temps entre el pols de raigs X de la sonda i l’excitació elèctrica de l’ona acústica de superfície.
Una ona de propagació i una ona de magnetització estacionària en níquel ferromagnètic, impulsada per l’acoblament magnetoelàstic a una ona acústica de superfície (SAW) en un substrat piezoelèctric de LiNbO3. Les imatges combinen perfils de línies (el color indica la direcció de magnetització local) en diferents temps entre el pols de raigs X de la sonda i l’excitació elèctrica de l’ona acústica de superfície.
Recerca
16/04/2020

Un grup dʼinvestigadors ha pogut observar per primera vegada ones magnetoacústiques (ones de spin generades per ones acústiques), considerades com a potencials portadores dʼinformació per als futurs esquemes de computació. Aquestes ones sʼhan generat i observat en dispositius híbrids: magnètics i piezoelèctrics. Els experiments han estat dissenyats per investigadors de la Universitat de Barcelona, lʼInstitut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) i el Sincrotró ALBA. Els resultats mostren que les ones magnetoacústiques poden viatjar a grans distàncies —fins a centímetres— i tenen més amplitud de lʼesperada.

Les ones de magnetització sʼhan observat en una fina pel·lícula ferromagnètica de níquel, excitada per una ona de deformació (anomenada ona acústica de superfície, SAW) procedent dʼuna capa de substrat piezoelèctric que es trobava a sota de la pel·lícula de níquel. Tot i que ja es coneixia lʼexistència de la interacció entre les ones acústiques i la dinàmica de la magnetització en diversos sistemes, fins ara no existia una observació directa de les excitacions magnètiques subjacents, la qual cosa permet proporcionar una quantificació tant temporal com espacial. Aquestes noves troballes sʼhan publicat en un article a Physical Review Letters, i han merescut un article Focus a Physics.

«Vam dissenyar un experiment ad hoc per visualitzar i quantificar la dinàmica de la magnetització generada per les ones acústiques de superfície (SAW). Els resultats mostren clarament que existeixen ones de magnetització a diferents freqüències i longituds dʼona, i que és possible crear interferències dʼona», explica Ferran Macià, líder del projecte a lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB) i lʼICMAB.

Els experiments mostren patrons dʼinterferència de les ones de magnetització i proporcionen noves vies per manipular-les a temperatura ambient. «Les nostres ones de magnetització estan acoblades a les ones acústiques i, per tant, poden viatjar llargues distàncies i tenen majors amplituds que les ones de spin», explica Michael Foerster, científic de la línia CIRCE-PEEM dʼALBA. Aquestes ones de gran amplitud i llarga distància podrien ser adequades per transportar informació, processar dades o alimentar petits motors.

Lʼexcitació de la magnetització a través de les ones acústiques ha despertat interès perquè té alguns avantatges respecte a les ones induïdes per un camp magnètic: més eficiència energètica, més extensió espacial o la coincidència de les longituds dʼona entre les dues ones.

Els experiments es van fer utilitzant el microscopi electrònic de fotoemissió (PEEM) a la línia CIRCE del Sincrotró ALBA per obtenir imatges de les ones de magnetització, que es van sincronitzar amb els polsos de llum de sincrotró. «Com que les ones són objectes dinàmics, les vam fotografiar amb instantànies estroboscòpiques gràcies a aquesta sincronització. Vam utilitzar lʼefecte de dicroisme circular magnètic de raigs X (XMCD) per obtenir el contrast magnètic en les imatges», explica Macià.

Lʼestudi, en col·laboració amb lʼInstitut Paul Drude de Berlín, es va desenvolupar en el marc dʼun projecte interdisciplinari de frontera (FIP) del programa Severo Ochoa de lʼICMAB. Els projectes FIP tenen per objecte desenvolupar recerca dʼavantguarda, exploratòria, dʼalt risc i de caràcter interdisciplinari en les àrees de lʼenergia, lʼelectrònica o la salut.


Referència de lʼarticle:

B. Casals, N. Statuto, M. Foerster, A. Hernández-Mínguez, R. Cichelero, P. Manshausen, A. Mandziak, L. Aballe, J. M. Hernàndez i F. Macià. «Generation and imaging of magnetoacoustic waves over millimeter distances». Physical Review Letters, abril de 2020. Doi: 10.1103/PhysRevLett.124.137202

Article Focus a Physics:

«Focus: Sound-driven spin waves». Physics 13, 51, 3 dʼabril de 2020