Tesis Doctorado
Influencia de la geometría sobre, las propiedades magnéticas en nanoestructuras con orden hexagonal: antidots y nanodomos
Autor
Casagrande-Denardin, Juliano
Universidad de Santiago de Chile
Institución
Resumen
Esta tesis centró el interés en la síntesis de sistemas magnéticos en la escala nanométrica. En particular se diseñaron nanopartículas compuestas de un material magnético para investigar sus propiedades como función de sus parámetros geométricos. Los sistemas investigados fueron sintetizados con un diseño ascendente (del inglés Bottom-up), es decir, a partir de átomos o moléculas hasta construir elementos individualesque conforman una nanoestructura, y como sustrato base se utilizó una membrana porosa de alúmina con geometría controlada a partir de un doble procesode anodización. Además, mediante cálculos basados en la teoría micromagnética, seefectuaron simulaciones de los sistemas sintetizados en pro de conocer las configuraciones magnéticas. En base a esto se pudieron estudiar sistemas de nanohilos magnéticos234 inmersos en una red hexagonal de alúmina porosa [22-24], los cuales presentan distintas propiedades magnéticas en función de su geometría y cristalinidad. Otro estudio fue referente a láminas delgadas, de un material magnético (Permalloy), con defectos porosos, circulares y controlados (usualmente estas películas reciben el nombre de antidots). En estos sistemas se investigaron las propiedades magnéticas en función de los parámetros geométricos y formación de dominios magnéticos. Por otro lado, con una técnica conocida como réplica - anti-réplica fue posible obtener una estructura de nanovalles y nanodomos ordenados hexagonalmente, estructuras que sirvieron como molde para la obtención de nanopartículas tipo domo las cualesexhiben cambios notables en sus propiedades magnéticas en función de su geometría. Con el propósito de controlar el mecanismo de la reversión de la magnetización en nanopartículas se realizó un estudio en anillosasimétricos , en base a simulaciones micromagnéticas, los cuales son interesantes debido a la reproducibilidad de sus propiedades magnéticas. En el trabajo específico que se presentará se abordan los siguientes temas: Estructura de esta tesis• Magnetismo Básico y MicromagnetismoEn este capítulo se introducen los conceptos teóricos básicos del micromagnetismo.Además se presentan las principales propiedades de los materiales clasificados como magnéticos así como los conceptos básicos de las energíasque involucran el fenómeno en cuestión. Finalmente se presenta la teoría micromagnética de forma breve con las ecuaciones dinámicas, en pro de introducir los conceptos básicos necesarios para comprender los cálculos numéricos de las estructuras en estudio.• Películas Porosas de Alúmina Anódíca (PPAA) Para la obtención de los sistemas en estudio se utilizarán membranas porosas de aluminio anodizado como substrato base. En este capítulo se describe el proceso de obtención y la manipulación de las propiedades geométricas de esta membrana, las cuales se reflejarán en la geometría del arreglo de las nanoestructuras así como en los elementos individuales que las componen. El enfoque de este capítulo apunta hacia la descripción del método de obtención de esta membrana y no a la química, físico-química o procesos cinéticos que éste involucra. • Películas Delgadas con Defectos Circulares Ordenados Se investigaron las propiedades magnéticas de arreglos hexagonales de antidotsde permalloy preparados sobre la cara superior de PPAAs. Estos sistemas fueronestudiados por medio de magnetometría y simulaciones micromagnéticas. Las simulaciones micromagnéticas se realizaron utilizando una técnica en lacual se puede simular un sistema de antidots a partir de una imagen real (demicroscopía de barrido de electroones, SEM debido a sus siglas en inglés) yasí incluir los defectos generados en el ordenamiento de la red, la forma nocircular de algunos elementos y las rugosidades impuestas por los bordes. Elúnico parámetro que se varió en estos sistemas fue el diámetro de los antidots,donde se observaron configuraciones de la magnetización casi-estables que describenun laberinto cuando el campo se aplica perpendicular a la película, ypropagación de vórtices cuando el campo se aplica en la dirección de la película.• Resonancia Ferromagnética en Películas Delgadas con Defectos Circulares Ordenados Utilizando la técnica de resonancia ferromagnética se investigaron las propiedades magnéticas de películas de antidots de permalloy. Se observó que se puede controlar la dependencia angular del campo de FMR (del inglés FerroMagnetic Resonance) al controlar la geometría de los arreglos de antidots,más exactamente, al controlar el diámetro de los antidots. La dependencia angular del campo FMR no se muestra la simetría esperada (conocida como simetría six-fold). Mediante la realización de simulaciones micromagnéticas seencontró como afectan las imperfecciones de la red al cambio en la simetríaesperada. • Arreglos Hexagonales de Nanodomos En este capítulo se muestra una investigación acerca de sistemas nanoestructurados compuestos por elementos simples con forma de domo. Las muestras se caracterizaron morfológicamente utilizando microscopía SEM, de fuerza atómica AFM y de fuerza magnética MFM. Las propiedades magnéticas se estudiaron a temperatura ambiente utilizando magnetometría de gradiente alternado de fuerza AGFM. Además se realizaron simulaciones micromagnéticas de un elemento aislado en busca de conocer los modos de reversión que poseen estos sistemas. Las simulaciones muestran que existen diferentes tipos de reversiónpara estos sistemas los cuales dependen de la geometría y de la dirección delcampo magnético aplicado. Uno de estos tipos de reversión corresponde a unestado de vórtice, el cual tiene una estructura con un núcleo estable durantela reversión. Fue posible encontrar los parámetros geométricos para podercontrolar las propiedades magnéticas de este tipo de nanoestructuras.