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La aleación intermetálica ferromagnética FePt posee un gran interés tecnológico debido a sus propiedades magnéticas únicas, particularmente un muy alto campo coercitivo y una anisotropía magnetocristalina que puede superar el valor de 7x107 emu/cm3 en la fase cristalina ordenada A10. Sin embargo, cuando este compuesto se fabrica en películas delgadas utilizando técnicas de sputtering, suele formarse en una fase cristalina desordenada de simetría FCC, que es magnéticamente blanda.
La fase de alta anisotropía magnética sólo se recupera si se trata térmicamente a la película a temperaturas superiores a los 700 °C. La estructura de dominios magnéticos de la fase FCC desordenada depende fuertemente del espesor de las películas. Por debajo de un espesor crítico (tcr), los dominios magnéticos permanecen en el plano de la película y se observa un lazo de histéresis con una remanencia muy alta (Fig. 1 panel izquierdo).
Para espesores mayores que tcr la estructura de dominios pasa a tener forma de tiras paralelas en las que la magnetización tiene una pequeña componente perpendicular al plano de la película que apunta alternativamente en distintos sentidos, como se observa en el panel derecho de la Fig. 1. La forma del lazo de histéresis también cambia apreciablemente en esta región de espesores.
En nuestro trabajo, hemos investigado la transición entre ambas estructuras de dominios en función del espesor de las películas. Para ello hemos utilizado fundamentalmente la técnica de Microscopía de Fuerza Magnética (MFM) que permite una observación directa de los dominios magnéticos.
Figura 1: Estructura de dominios magnéticos y curva de magnetización en función de campo magnético en dos muestras de FePt de espesores 28 nm (panel izquierdo) y 94 nm (panel derecho). En la película más delgada se alcanza a observar una pared de dominio que divide dos regiones con distinta orientación de la magnetización. El contraste en la imagen de la izquierda se debe a la componente de la magnetización perpendicular al plano de la muestra.
A partir de los resultados de MFM hemos estimado el espesor crítico en el que se produce la transición entre las dos estructuras en tcr ∼ 30 nm. El tamaño lateral de las tiras magnéticas tiende a incrementarse con el espesor de las muestras y esta dependencia con el período se presenta en la Fig. 2
Figura 2: Dependencia del tamaño lateral de los dominios en forma de tiras con el espesor de las películas. El espesor crítico estimado es de aproximadamente 30 nm. La curva continua corresponde al modelo teórico que explica los datos experimentales.
Los datos experimentales fueron interpretados con un modelo en el que se utilizaron parámetros conocidos del material (magnetización de saturación, constante de intercambio y constante de anisotropía) y que permitió describir en forma correcta la dependencia funcional entre el período de las tiras y el espesor de las películas que sigue una ley tipo raíz cuadrada.
También observamos que las películas con espesores mayores que tcr muestran una fuerte dependencia de la configuración de dominios con la historia magnética. En estas películas se observa el fenómeno de anisotropía rotacional, es decir las tiras quedan siempre alineadas en la dirección en la que se aplicó el campo magnético. En algunos casos se pueden observar dominios tipo burbujas si previamente se aplica un campo magnético en la dirección perpendicular al plano de la muestra.
Estas situaciones se ejemplifican en la Fig. 3 en donde puede apreciarse la estructura de dominios en el estado remanente luego de haber aplicado campos magnéticos en distintas orientaciones o configuraciones.
Figura 3: Estructura de dominios en el estado remanente de una película de 94 nm en distintos casos. La imagen superior corresponde a una muestra que fue previamente saturada con un campo magnético de 1 Tesla en la dirección vertical. La imagen central fue obtenida luego de desmagnetizar la muestra en un campo rotante de amplitud decreciente. La imagen del panel inferior se obtuvo luego de saturar a la película con un campo de 1 Tesla aplicado perpendicular al plano de la muestra.
En resumen, hemos determinado el espesor crítico en el que se produce la transición en la estructura de dominios magnéticos en la aleación ferromagnética desordenada FePt. En las películas más gruesas hemos hallado y modelado una interesante cantidad de fenómenos magnéticos que se originan en una pequeña componente de la anisotropía magnética que tiende a orientar a la magnetización en la dirección perpendicular al plano.
En el futuro próximo comenzaremos a fabricar estas películas sobre distintos sustratos para analizar la influencia de las tensiones de la interfaz en las anisotropías presentes. También estamos realizando simulaciones numéricas con técnicas de micromagnetismo que permiten modelar las estructuras de dominios observadas.
El trabajo de investigación ha sido realizado con la colaboración de Sergio Roshdestwensky, del Grupo de Investigación y Servicios a Terceros en el área de Química, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Resistencia, Chaco, Argentina; y de Edwin Sallica Leva, Renato C. Valente, Francisco Martínez Tabares y Marcelo Vásquez Mansilla, del Centro Atómico Bariloche (CNEA) e Instituto Balseiro, Río Negro, Argentina.
Más información:
- [1] Sallica Leva, E.; Valente, R. C.; Martínez Tabares, F.; Vásquez Mansilla, M.; Roshdestwensky, S. and Butera, A.
Magnetic domain crossover in FePt thin films.
Physical Review B 82, 144410 (2010).
doi: 10.1103/PhysRevB.82.144410
Autores: Alejandro Butera.
Grupo: Resonancias Magnéticas, Centro Atómico Bariloche. |