Estudio de las propiedades magnéticas en multicapas de hierro y titanio con acoplamiento antiferromagnético

Abstract

Esta investigación estudia las propiedades estructurales, morfológicas, magnéticas (estáticas y dinámicas) de multicapas de hierro titanio acopladas antiferromagneticamente. Para ello se sintetizaron dos familias de muestras por pulverización catódica (magnetron sputtering) con condiciones de crecimiento similares para ambas familias, diferenciándose en la variación del espesor de la capa no magnética. Además, estudia la mejora de la constante de acoplamiento de intercambio intercapa entre estas dos series al aumentar el número de apilamientos. Se realizaron caracterizaciones estructurales, morfológicas, magnéticas tanto estáticas como dinámicas mediante difracción de rayos X, reflectividad de rayos X, microscopia electrónica de transmisión, magnetometría SQUID y resonancia ferromagnética, respectivamente. Los resultados obtenidos por difracción de rayos X permitieron identificar la presencia de la ´ fase cristalina del hierro orientada en la dirección (110). A partir de los resultados obtenidos por reflectividad de rayos X, se estudiaron los espesores experimentales de la multicapa. Por otro lado, microscopía electrónica de transmisión, permitió la identificación experimental de los espesores individuales de cada capa, encontrando una variación respecto a los valores nominales, debido al grado de Inter difusión entre los materiales. Mediante la técnica EELS (complementaria a TEM) se obtuvo información composicional de los elementos presentes en la superred, identificando hierro, titanio y adicionalmente la difusión del oxígeno actuando como contaminante en las muestras. A partir del patrón de difracción de electrones, se identificaron las distancias inter-planares características de un hierro cubico de cuerpo centrado, acorde a los resultados obtenidos por difracción de rayos X. La caracterización magnética se realizó mediante magnetometría SQUID, se identificó los lazos de histéresis de dos pasos características de un sistema acoplado antiferromagneticamente (SAF), determinándose la constante de intercambio Inter capa, con valores máximos de −0.065 erg/cm2 y −0.046 erg/cm2 para las series 1 y 2, respectivamente. Además, se determinó una reducción en la magnetización de saturación, esta disminución de la magnetización podría estar asociada a capas magnéticamente muertas de 1 nm y 1.4 nm generadas en las interfaces en la serie 1 y serie 2, respectivamente. Las propiedades dinámicas se estudiaron por resonancia ferromagnética hallándose las constantes de anisotropía superficial y volumétrica, indicando esta ultima una orientación preferente al plano de la película, acorde a los resultados obtenidos mediante magnetometría SQUID. Además, se determinó la anisotropía superficial o de interface (perpendicular al plano de la película), así como el espesor crítico en el cual la magnetización dejara de tener una orientación preferente al plano de la película. A partir de la fórmula de Kittel, se determinó el valor de la constante de amortiguamiento de Gilbert (damping), encontrándose ´ valores en el orden de 10−2, típicos de materiales ferromagnéticos