Esquirmiones estables en tricapas epitaxiales

05.06.2020

Carácter intrínseco mixto Bloch-Néel de los esquirmiones en geometría confinada de nanopuntos basada en grafeno para diferentes espesores ferromagnéticos. Imagen: ACS Appl. Mater. Interfaces.

Los recientes avances en la estabilización y manipulación de las configuraciones de magnetización quiral en sistemas que consisten en capas atómicas alternas de materiales ferromagnéticos y no magnéticos prometen una innovación en la tecnología espintrónica. La baja dimensionalidad de los sistemas promueve efectos interfaciales impulsados por la órbita de espín, como las interacciones antisimétricas Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) y la anisotropía magnética superficial, cuyas fuerzas relativas pueden ajustarse para lograr objetos magnéticos estables de tamaño nanométrico con una quiral fija, que se proponen como portadores de información en la futura tecnología espín-orbitrónica.

Mientras que en la mayoría de los casos esto se obtiene mediante la compleja ingeniería de apilamiento de multicapas en las que los campos dipolares intercalados cobran importancia, un equipo de investigación dirigido por el Dr. Paolo Perna en IMDEA Nanociencia y por Oksana Chubykalo-Fesenko en ICMM-CSIC, ha considerado una simple tricapa epitaxial en la que un ferroimán (a saber, Cobalto, Co) de espesor variable está incrustado entre un metal pesado y grafeno. Este último mejora la anisotropía magnética perpendicular del sistema, promueve un DMI de tipo Rashba, y puede sostener una larga longitud de difusión de spin. El trabajo, realizado en su mayor parte por el estudiante de doctorado Pablo Olleros-Rodríguez, consiste en el desarrollo de un modelo micromagnético resuelto por capas capaz de dar cuenta de la naturaleza de baja dimensionalidad de las interacciones, que conducen a parámetros macroscópicos que dependen del grosor de la capa ferromagnética.

Demostramos que nuestro modelo reproduce correctamente las configuraciones experimentales de magnetización y la transición de reorientación del spin. En particular, somos capaces de predecir los parámetros experimentales que conducirán a Néel, Bloch o a los esquirmiones (skyrmions en inglés) quirales mixtos. Nuestros resultados demuestran que para las muestras con un espesor de Co superior a 3,6 nm los esquirmiones mixtos intrínsecos (predominantemente de tipo Bloch) se estabilizan en puntos de 256 nm de ancho.

Este trabajo es una colaboración entre el grupo "SpinOrbitronics" dirigido por Paolo Perna (IMDEA Nanociencia) y Oksana Chubykalo-Fesenko (ICMM-CSIC) y ha sido parcialmente financiado por la beca FLAG-ERA SOgraphMEM, NANOMAGCOST (Comunidad de Madrid), FUN-SOC-RTI2018, SKYTRON-FIS2016, y el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia en I+D concedido a IMDEA Nanociencia.

FLAG-ERA es una iniciativa ERA-NET (European Research Area Network) que tiene por objeto crear sinergias entre los nuevos proyectos de investigación y ambos el Graphene Flagship y el Human Brain Project. Los objetivos y actividades de FLAG-ERA son, en estrecha relación con los proyectos Flagship, establecer mecanismos para facilitar y alentar la integración de las investigaciones financiadas a nivel nacional o regional en los planes de trabajo de los proyectos Flagship. El proyecto SOgraphMEM, recomendado para su financiación a las organizaciones nacionales/regionales de financiación de la investigación de FLAG-ERA por el Comité Directivo de la Convocatoria Conjunta Translacional (JTC) 2019, ha sido elegido recientemente como Proyecto Asociado del Graphene Flagship entre otros 16 proyectos recientemente financiados que recibirán alrededor de 11 millones de euros de financiación en total. El proyecto SOgraphMEM liderado por el investigador Paolo Perna investigará las prometedoras aplicaciones del grafeno en la espintrónica, particularmente probará materiales específicos para una novedosa rama de la espintrónica llamada spin-orbitrónica que explota el espín y el momento de los electrones.

Referencia:

Pablo Olleros-Rodríguez, Ruben Guerrero, Julio Camarero, Oksana Chubykalo-Fesenko, and Paolo Perna. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 22, 25419–25427. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.0c04661

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Fuente: IMDEA Nanociencia