A.1. Introducción
La luz puede cambiar su polarización cuando se refleja en un material magnético. Este aspecto ha permitido utilizar el efecto Kerr magneto-óptico para el estudio de materiales magnéticos con interés tecnológico.
La magnetometría de efecto Kerr se desarrolló en sus orígenes para el análisis de películas delgadas. Sin embargo, el aumento de sensibilidad y de resolución temporal y espacial que ha experimentado progresivamente la instrumentación MOKE ha permitido incluso analizar la dinámica de propagación de paredes de dominio magnéticas en nanocintas.
El estudio que presentamos en este anexo se refiere a la caracterización de la generación y propagación de paredes de dominio en nanocintas con el diseño que se detalla en la figura A.1. Se trata de nanocintas de 500 nm de ancho de estructura Ta(2)/Py(10)/Ta(2)/Pt(1) con una constricción triangular de 100 nm de profundidad. Las medidas con el sistema nanoMOKE, en todo caso, se han llevado a cabo en nanocintas de mayor anchura (de 500 nm, frente a los 300 nm habituales en el capítulo 5). El motivo ha sido el régimen de trabajo en el sistema, al límite de su resolución y con una cantidad muy pequeña de material magnético depositado, que complicaba la obtención de señal en el sistema, muy ruidosa en cualquier caso, y que hacía necesaria una alineación meticulosa de los elementos ópticos.
Sobre ellas se depositaron estructuras de Pt-C por FEBID (Focused Electron Beam Induced Deposition) sensibles a la temperatura en disposición de puente de Wheatstone. El objetivo de este experimento era la monitorización de la temperatura en la constricción de la nanocinta por la variación de resistividad en una rama del puente, depositada justo encima de la constricción. Para evitar cortocircuitos en el sistema los termómetros se crecieron sobre una capa aislante de óxido de tántalo de 20 nm.
El objetivo principal de la obtención de medidas locales de temperatura no se pudo completar con éxito en el periodo disponible para el experimento; sin embargo, sí se realizó una caracterización magnética de las nanocintas mediante la magnetometría MOKE, que es complementaria a las medidas experimentales presentadas en el capítulo 5.
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Figura A1: Imagen SEM de un dispositivo completo sobre el que ya se ha realizado la deposición FEBID de las estructuras de Pt-C. Las estrellas rojas con sus números en rojo indican aquellas zonas de interés donde realizaremos medidas localizadas.
A.2. Secuencias de campo rotatorio
La muestra se encuentra situada en el centro de un cuadrupolo magnético formado por cuatro electroimanes que permiten la creación de campos rotatorios en el plano x-y. Modificando la corriente que circula por estos electroimanes, se pueden diseñar secuencias de campo con las que se investigar los procesos de nucleación y propagación de pared de dominio en una nanocinta ferromagnética. Gracias a la alta resolución conseguida con el spot láser (menor a 3 μm), es posible analizar el estado de la imanación en distintas localizaciones del dispositivo y observar cómo varían los ciclos de histéresis asociados. Midiendo la variación de polarización por efecto Kerr longitudinal del haz reflejado, podemos obtener ciclos de histéresis referidos a los valores de campo para los que se produce un cambio de imanación en el fragmento de nanocinta a medir, implicando la existencia de una pared de dominio.
La caracterización magnética referida en este capítulo implica dos secuencias de campo aplicado, descritas en la figura A.2. La muestra situada en el centro de los electroimanes que generan el campo rotatorio del sistema, se encuentra girada 180 grados respecto a la figura A.1, como se indica en la figura A.2. Ambas secuencias se repiten con una frecuencia de 1 Hz.
La figura A.2a representa el ciclo de campo magnético aplicado para analizar el proceso de nucleación. La secuencia de nucleación de paredes comienza saturando la muestra aplicando el
máximo campo Hx disponible en la dirección negativa y Hy en la dirección positiva, esto es, saturando
Cristina López López. Tesis doctoral
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campo Hy se reduce progresivamente hasta llegar a un valor de pocos Oersted mientras al mismo
tiempo Hx varía gradualmente su sentido hasta que toma un valor positivo. Para un cierto valor de Hx
se nuclea la pared en el dispositivo. El ciclo se completa cuando aumenta progresivamente Hx hasta su
máximo valor positivo y Hy tiene máximo valor negativo.
Figura A.2: Secuencias de campo aplicado para (a) nuclear una pared de dominio en el dispositivo y (b) propagar una pared generada en la sección curva.
La figura A.2b muestra la secuencia de campos magnéticos aplicados para medir cómo se
propaga la pared. Comienza saturando la muestra en dirección negativa para Hx y Hy, que implica un
campo total aplicado girado 45 grados respecto a la nanocinta y perpendicular a la sección curva. Este campo, como hemos visto en el capítulo 1 en la sección 1.2, crea una pared en la sección curva tras la
saturación. El campo Hy pasa a tomar un valor (positivo) bajo y el campo Hx aumentando
progresivamente hasta convertirse en un campo positivo que propaga la pared generada a lo largo del dispositivo. Posteriormente, el ciclo se completa con el proceso inverso. Una vez la pared ha
completado su propagación, el campo Hy se maximiza en sentido positivo, al igual que el campo Hx y
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Figura A.3: Detalle de la aplicación del campo de saturación Hsat inclinado 45⁰ para generar la pared de dominio en una nanocinta con sección curva.
Es interesante llamar la atención sobre la necesidad de mantener Hy en un valor bajo durante
un cierto rango de campo Hx y de reducir su magnitud progresivamente para conseguir que
efectivamente se produzca la propagación de pared. El proceso de optimización de estas secuencias de medida mostró la necesidad de efectuar este descenso de un modo progresivo para asegurar que
la pared nucleada en la sección curva no se aniquile y se propague. Posteriormente el campo Hy se
mantiene en un valor de offset fijo durante un cierto rango de campos Hx en los que se caracteriza el
dispositivo. Estos detalles se visualizan en la figura A.4, que muestra un zoom sobre los valores de Hy
en un rango de campos Hx suficientemente amplio para nuestra caracterización.
Figura A.4: Zoom de la secuencia de campos de propagación para campos Hx bajos, donde hemos tratado de reducir al máximo Hy.
Variando la posición del spot del láser en las zonas de la nanocinta podemos ver cómo varía la propagación de la pared generada. Los puntos en donde hemos realizado las medidas con MOKE se encuentran señalados en la figura A.1 con estrellas. Las nanocintas se han diseñado más largas que sus homólogas en el resto de esta tesis para evitar reflexiones indeseadas del haz láser en los contactos metálicos. Por desgracia, la presencia de la capa de aislante, impidió la realización de medidas en la
Cristina López López. Tesis doctoral
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constricción directamente; sin embargo, como podemos ver en la figura A.5, sí es posible inferir el campo de desenganche en estas nanocintas, teniendo en cuenta la diferencia de valores de campo de propagación entre los puntos 1 y 2.
Como hemos mencionado, en la figura A.5 llamamos la atención sobre la presencia de una pequeña constricción triangular en las nanocintas. En el dispositivo de la imagen todavía no se había producido el depósito por FIB de las estructuras de Pt-C. En ella podemos ver los dos contactos metálicos y la constricción situados estratégicamente para que una rama del puente de Wheatstone se situase encima de la zona más caliente de la nanocinta.
Figura A.5: Imagen SEM de la nanocinta con la capa de óxido de Tántalo sobre la zona de la constricción. Las estrellas marcan las zonas 1 y 2, donde medimos el campo de propagación y de desenganche.