Bombeo de espín en bicapas FeCo/Ta con amortiguamiento magnético ultra-bajo
La espintrónica ha surgido como la principal candidata a resolver los problemas de consumo energético de almacenamiento y de procesamiento de datos ya que las corrientes de espín involucradas no tendrían pérdidas por efecto Joule. La intensidad de las corrientes de espín se puede medir de manera ind...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2023
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1189/1/1Vel%C3%A1zquez_Rodriguez.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | La espintrónica ha surgido como la principal candidata a resolver los problemas de consumo energético de almacenamiento y de procesamiento de datos ya que las corrientes de espín involucradas no tendrían pérdidas por efecto Joule. La intensidad de las corrientes de espín se puede medir de manera indirecta a través del efecto Hall de espín inverso como un voltaje. Los sistemas más estudiados para la generación y detección de corrientes de espín son bicapas del tipo ferromagneto/metal paramagnético pesado (FM/NM). La intensidad de las corrientes de espín en bicapas del tipo FM/NM depende fuertemente del parámetro de amortiguamiento magnético del material ferromagnético. Por consiguiente, la búsqueda de materiales con constante de amortiguamiento pequeñas α ∼ 10"−3 se ha vuelto exhaustiva y uno de los objetivos de esta tesis ha sido el estudio detallado del transporte de corrientes de espín en bicapas Fe_1−xCo_x/Ta con potenciales aplicaciones en dispositivos espintrónicos.
Las muestras estudiadas en esta tesis doctoral fueron fabricadas por la técnica de pulverización catódica asistida por magnetrón. Se encontró una condición óptima de depósito mediante la cual se obtuvieron películas delgadas monocristalinas de Fe_1−xCo_x y se lograron obtener valores de α_tot ≈ 3 × 10"−3 para la concentración Fe_80Co_20. Haciendo uso de la técnica de FMR y mediante modelos fenomenológicos se lograron identificar y cuantificar los distintos mecanismos de relajación involucrados (amortiguamiento
intrínseco tipo Gilbert y scattering de dos magnones) que contribuyen al valor de α_tot estimado.
Mediante una serie de muestras variando el espesor de la capa ferromagnética entre 4 nm y 12 nm se logró separar la contribución de bombeo de espín obteniéndose entonces un valor de amortiguamiento intrínseco α_int ≈ 1.3 × 10"−3. Se determinaron los
parámetros de transporte de espín λ_sd (longitud de difusión de espín) y Θ_SH (ángulo Hall de espín) haciendo uso de la serie de muestras mencionada y de otra serie variando el espesor de la capa de Ta entre 3 nm y 11 nm, manteniendo el espesor de FeCo fijo en 10 nm. Se desarrolló una novedosa expresión para cuantificar la eficiencia del fenómeno de bombeo de espín en bicapas FM/NM, mostrando que el sistema FeCo/Ta es hasta un orden de magnitud más eficiente que otras bicapas ferromagnéticas metálicas. Con el objetivo de estudiar el comportamiento magnético y su influencia en el bombeo de espín en función de la concentración relativa de Fe y Co, se fabricó una serie de seis bicapas del tipo Fe_1−xCo_x/Ta (x= 0, 15, 20, 25, 30 y 35) y espesores fijos de las capas de FeCo y Ta de 20 nm y 10 nm, respectivamente. Del análisis del ancho de línea de resonancias ΔH_r en función de frecuencia ω para las bicapas Co30 y Co35 se encontró una anisotropía en el parámetro α cuando el campo es aplicado a lo largo de las direcciones de fácil y difícil magnetización de 330% y 420% , respectivamente, coincidente con el cambio de signo en la constante de anisotropía magnetocristalina cúbica.
El análisis de la dependencia del parámetro α con la concentración arrojó que el valor mínimo se encuentra para la aleación Fe_85Co_15/Ta. El estudio del fenómeno de bombeo de espín en esta serie de muestras arrojó diferentes dependencias entre la intensidad de la corriente de espín y α según los mecanismos de relajación predominantes. En el transcurso de esta tesis doctoral se lograron identificar y cuantificar los principales mecanismos de relajación en bicapas magnéticas Fe_1−xCo_x/Ta y cómo influyen
en las corrientes de espín generadas mediante el fenómeno de bombeo de espín. Se obtuvo un parámetro de amortiguamiento excepcionalmente bajo para ferromagnetos conductores y consecuentemente una alta eficiencia de bombeo de espín. Estos resultados y la calidad de las muestras fabricadas permiten corroborar que la aleación FeCo es un excelente material FM para aplicaciones espintrónicas en donde sean necesarios ferromagnetos conductores.
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