Anisotropía magnética perpendicular en láminas delgadas amorfas y multicapas de ND-CO

Abstract

Las aleaciones amorfas de tipo tierra rara-metal de transición (TR-MT) han sido objeto de un gran interés desde que, hace décadas, se descubrió que muchos de sus compuestos presentaban una anisotropía magnética perpendicular (PMA) que podía llegar a ser del orden de la de los compuestos cristalinos TR-MT. Aunque esta anisotropía es bien conocida, existen diversos modelos que tratan de explicar su origen y aún a día de hoy es objeto de controversia. En esta tesis se profundiza en la caracterización magnética y estructural de una serie de láminas de Nd-Co con PMA fabricadas mediante pulverización catódica de cara a entender mejor el comportamiento de dicha anisotropía en función de una serie de condiciones y parámetros de las láminas como pueden ser su composición, homogeneidad, espesor, temperatura, efecto de la intercara Nd-Co, etc. Se trata de lograr una buena comprensión de los procesos que tienen lugar en ellas y de su relación con la anisotropía, así como de testar algunos de los modelos acerca de su origen y extraer información relevante tanto desde el punto de vista macroscópico como microscópico. Las láminas se han caracterizado magnéticamente mediante magnetometría de muestra vibrante (VSM) y magnetometría de gradiente alterno (AGM). Asimismo, el comportamiento de la subred del Co ha sido explorado mediante efecto Kerr transversal magneto-óptico (MOTKE). Las constantes de anisotropía en las diferentes muestras se han calculado en primera aproximación a partir de los parámetros resultantes de los ciclos de histéresis y con más precisión, mediante simulación micromagnética de los dominios de banda típicos de láminas con PMA (que han sido observados por microscopía de fuerza magnética en las muestras) y su evolución con el campo aplicado, tratando de reproducir las curvas experimentales de imanación. Por otra parte, la falta de textura cristalina en estas láminas, así como sus espesores, han sido investigados por medio de difracción de rayos-X. De igual manera, mediante técnicas sincrotrón se ha tenido acceso a información microscópica cuantitativa acerca de parámetros estructurales y magnéticos de las láminas: la imanación por átomo de ambas subredes y su dependencia con la orientación y la temperatura se determinó por medio de dicroísmo magnético circular (XMCD) y la posible existencia de orden local en torno a cada uno de ambos especímenes, así como su alteración con la temperatura, fue estudiado mediante EXAFS (estructura fina por absorción de rayos-X extendida). A diferencia de lo que sucede en los cristales, se confirma el modelo HPZ de anisotropía aleatoria en amorfos RT-TM donde la imanación de la subred del Nd no sigue íntegramente a la del Co, sino que se forma una estructura asperomagnética donde los Nd, a causa del fuerte campo cristalino aleatorio que les afecta, se abren formando un cono promedio cuyo eje está definido por la orientación de la subred del Co. Asimismo, se confirma el papel responsable del Nd en la aparición de la PMA y se descarta la presencia de orden cristalino de corto alcance. La distribución anisótropa de entornos favorece la PMA, que en efecto tiene una gran relación con la intercara Nd-Co, donde el ión Nd, además de estar sometido a un importante campo cristalino anisótropo, adquiere un significativo momento magnético en la dirección de medida debido al fuerte canje indirecto 3d-4f tras la hibridación de sus electrones 5d con los 3d del Co. Por su parte, la subred del Co presenta también una anisotropía, aunque como sucede en compuestos cristalinos tales como NdCo5, ésta está cruzada y compite con la del Nd, prefiriendo la imanación en el plano de la muestra. La descripción fenomenológica de las constantes de anisotropía respalda este hecho, encontrándose necesarios términos de primer y segundo orden para su correcta formulación, que a su vez son equivalentes a términos uniáxicos y biáxicos que actúan sobre la imanación media y que igualmente aparecen en la descripción de la imanación en diversos sistemas de dos subredes acopladas con anisotropías competitivas.