Propiedades magnéticas de nanoestructuras fabricadas sobre áreas grandes mediante procesos de autoorganización y litografía por haz de electrones

Abstract

Los sistemas con anisotropía magnética perpendicular (PMA) presentan un gran interés en áreas como los medios de almacenamiento de la información, o la espintrónica. El control de sus propiedades ha promovido su nanoestructuración, centrándose inicialmente en materiales con una fuerte componente perpendicular. Cuando esta componente es de menor magnitud se habla de PMA débil: la componente perpendicular únicamente se manifiesta por encima de un espesor crítico. A partir de éste la imanación pasa a configurar un sistema de bandas con imanación constante, cuya componente en el plano es idéntica, pero con la componente perpendicular alterna en sentido. Las aleaciones de tipo tierra rara- metal de transición (TR-MT) son un tipo de materiales que presentan PMA. La fenomenología de la configuración de las bandas magnéticas ha atraído interés desde un punto de vista topológico. En esta tesis se han fabricado, mediante pulverización catódica. láminas delgadas de un amorfo de este tipo de aleaciones con PMA débil, NdCo 5 . Se ha estudiado como la modificación a escala nanométrica realizada sobre las mismas afecta a su comportamiento magnético. La nanoestructuración ha sido llevada a cabo, en primer lugar, mediante la técnica autoorganizada de los copolímeros en bloque. Este tipo de materiales están compuestos por dos especies de polímeros diferentes unidos por enlace covalente, que presentan una repulsión química entre sí,. Por tanto, el sistema minimiza su energía segregándose espacialmente, y de forma espontánea, en estructuras unidad básicas. En la tesis se usa el copolímero poliestireno-poli- 4-vinilpiridina (PS-P4VP), estudiándose las distintas estructuras morfológicas a que da lugar alterando parámetros como la velocidad de depósito o la concentración. Este copolímero presenta una reactividad química adicional, que permite la unión de partículas, por enlace de hidrógeno o iónico a la P4VP. En nuestro caso se ha ligado una partícula ácida para aumenta el rango de dimensiones alcanzadas en la morfología y varias partículas metálicas de Fe, Co y Ni. La caracterización morfológica ha sido llevada a cabo mediante Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y Espectroscopia de Absorción de Rayos-X cerca del Borde (XANES). Asimismo, el comportamiento magnético de las láminas ha sido caracterizado mediante Microscopía de Fuerza Magnética (MFM), efecto Kerr Transversal Magneto-óptico (MOTKE) y en el caso de las partículas embebidas mediante magnetometría de gradiente alterno (AGM) y dicroísmo magnético circular (XMCD). La litografía mediante copolímeros en bloque ha llevado a la formación de redes de nanopartículas metálicas ordenadas a primeros vecinos, así como redes de micelas o agujeros ordenadas que han servido como base de crecimiento para láminas de NdCo 5 , permitiendo una modificación controlada de su PMA en función del espesor de la lámina, o del tamaño de la modificación con respecto a sus dimensiones características. Las redes hexagonales continuas de materiales magnéticos han atraído la atención desde un punto de vista tecnológico y teórico. Exhiben una serie de comportamiento magnéticos colectivos con frustración magnética denominadas “Spin Ice” . Hasta ahora únicamente se han estudiado para materiales con la imanación en el plano. En esta tesis se ha comparado el comportamiento de este tipo de redes para casos con PMA al diseñarse mediante Litografía Electrónica (EBL) varias redes para los casos de Co y NdCo 5 . La comparación se llevado a cabo con MFM. Ambas redes han manifestado fenomenología de tipo Spin Ice dentro de unos valores dimensionales dependientes del material. Se han registrado y analizado estructuras magnéticas multidominio en el caso del Co. Se forman para evitar la formación de cargas magnéticas en los bordes. En el NdCo5 no existe esta condición, lo que evita su formación en los estados saturados, pero pudiendo ser alcanzada en los estados desordenados.