Tesis Doctorado
Propiedades magnéticas de nanoestructuras con simetría cilíndrica.
Autor
Landeros-Silva, Pedro Miguel
Institución
Resumen
En los últimos años, el estudio (le arreglos regulares de naiiopartículas
ferromagnéticas ha recibido considerable atención debido a que exhiben potenciales
aplicaciones en nanotecnología y en la producción de nuevos dispositivos
magnéticos, corno por ejemplo, medios de grabación de alta densidad
[1, 21, memorias de acceso aleatorio magnetoresistivas (MRAM) [3, 4], lógica
magnética [5, 61 y otras varias [6, 71 como también en biotecnología [8, 91. Actualmente
es posible fabricar arreglos de partículas con diversas geometrías,
entre las que destacan hilos [10, 111, cilindros [12, 131, anillos [14, 151 y tubos
[16, 171. En ellos se ha observado, mediante diversas técnicas experimentales,
que las partículas presentan configuraciones magnéticas bien definidas, dependiendo
de su forma y tamaño. Por ejemplo, si las dimensiones características
de la partícula son del orden de tinos iianómetros, la magnetización es
prácticamente uniforme [18], mientras que para dimensiones un poco mayores.
cercanas a los 100 nrn, aparecen estructuras magnéticas no uniformes,
como los estados 'fiower" [19], 'onion" [20] y vórtice [21], por ejemplo. Si el
tamaño crece al orden de los tm, aparecen configuraciones magnéticas más
complejas y se forman diversos dominios magnéticos.
Por otro lado, cuando la razón de aspecto (altura/radio) de la partícula
es pequeña, la magnetización tiende a orientarse en el plano perpendicular
al eje de simetría, mientras que cuando la razón de aspecto es grande, la
magnetización se orienta paralela al eje. Un aspecto determinante del comportamiento
magnético de estos sistemas es la región central de las partículas,
cuya magnetización suele ser diferente a la de la estructura restante.
Por ejemplo, los hilos y cilindros poseen material magnético en su eje y en
el estado de vórtice presentan una región central, llamada core, en la cual
la magnetización está orientada paralela al eje [21, 221. Esto genera inestabilidad
magnética, dificultando el tratamiento teórico y la reproducibilidad
experimental. Sin embargo, anillos y tubos no presentan este core central, ya que están libres (le material inagnético en su eje de simetría. De esta forma la
geometría anular nos conduce a procesos (le reversión más estables, manipulables
y predecibles, garantizando reproducibilidad en los sistemas de lectura
y grabación.
Está por consiguiente claro que para aplicaciones prácticas, la determinación
del ratigo de valores de los parámetros geométricos dentro del cuál
cada configuración es la de menor energía, es de gran relevancia. Sin embargo,
las mediciones experimentales no siempre permiten una identificación
clara de la estructura magnética interna de las partículas, lo que hace importante
la realización del tratamiento teórico presentado en esta tesis.
En esta tesis nos enfocamos en las propiedades magnéticas fundamentales
de partículas con simetría cilíndrica, en ausencia de campos magnéticos
externos, y a temperatura cero. Basados en la teoría semiclsica del ferromnagnetismno
[23], estudiamos las configuraciones magnéticas de menor energía en
sistemas con dimensiones desde unos nanómetros a los micrómetros. Veremos
detalladamente cómo la forma y geometría (le la partícula determinan la
distribución interna de los momentos magnéticos atómicos. Consideramos sistemas
aislados compuestos de materiales ferromagnéticos, como el cobalto, el
níquel, el hierro y algunas aleaciones corno el perixialloy, aunque sin embargo,
nuestros resultados son aplicables a cualquier material ferromagnético.
Esta tesis doctoral está organizada de la siguiente forma: en el capítulo
introductorio presentamos las bases teóricas del magnetismo, y una breve descripción
de la fabricación de las nanoestructuras magnéticas. En los capítulos
2 y 3 nos enfocaremos en las configuraciones magnéticas básicas para cilindros
y anillos. En el capitulo 4 estudiarnos las configuraciones magnéticas
fundamentales y los modos de reversión en nanotubos magnéticos. PFCHA-Becas Doctor en Ciencias Mención en Física 124p. PFCHA-Becas TERMINADA