Grupo de Materiales Magnéticos (GMM). Universidad de Castilla-La Mancha

Línea de investigación: Interacciones magnéticas en multicapas de metales de transición y tierras raras.

El sistema de multicapas Gd/Co resulta de gran interés para estudiar interacciones magnéticas, ya que las redes magnéticas de ambos elementos se acoplan antiparalelamente dando lugar a un ferrimagnético artificial. Además la imanación de la subred de Gd es muy dependiente de la temperatura en el rango normalmente accesible de los instrumentos de medida (10-300K), de manera que en función de la temperatura y de la historia magnética del material se pueden presentar distintos estados magnéticos interesantes, incluidos algunos con una imanación total orientada en sentido opuesto al campo externo.

Gd y Co forman una aleación amorfa en un rango muy amplio de concentraciones, y tienen una fuerte tendencia a interdifundirse uno en el otro, con lo que disponer de multicapas de Gd y Co con fronteras bien definidas resulta casi imposible. Una de las contribuciones del grupo a este sistema ha consistido en eliminar este problema partiendo de una aleación de Gd y Co en la que la red de Gd domine a cualquier temperatura, de modo que se comporta a todos los efectos como si fuese Gd pero evitando la interdifusión y con ello facilitando la formación de una buena estructura de multicapa.

Curva de imanación frente a temperatura donde se indica la
dirección del campo externo (hacia la dcha), las orientaciones
de las subredes de Gd (gris) y Co (azul) así como el momento
total de la multicapa (en rojo), en distintos puntos característicos
de la curva. Obsérvese cómo hay amplias regiones en que la
muestra queda orientada en sentido opuesto al campo externo.

Volviendo a las multicapas Gd/Co (o más bien como acabamos de ver GdCo/Co), si se eligen cuidadosamente los espesores de las capas, es posible que exista una temperatura en que ambas subredes magnéticas se compensen, dando una imanación total nula (temperatura de compensación). Por debajo la imanación está dominada por la subred de gd y por encima de esa T¬comp¬ es el Co quien se orienta con el campo externo. Pasada esa temperatura, y en función del protocolo de enfriamiento y medida, puede encontrarse el sistema enganchado en configuraciones con imanación negativa de las que escapa en función de detalles microscópicos de la muestra y pasando por configuraciones magnéticas muy peculiares.

En la actualidad trabajamos en dos frentes simultáneos: por una parte en la manera de introducir anisotropía magnética en las capas (pues juega un papel importante en los procesos de salto brusco entre configuraciones magnéticas distintas) mediante la aplicación de campo magnético durante el crecimiento de la muestra y/o la introducción de elementos dopantes como Pd o Pt; y por otra parte en el estudio del equivalente a este sistema de multicapas en forma de nanopartículas de Co en matriz de Gd o GdCo.

Las técnicas experimentales empleadas para la caracterización de estos materiales, aparte de la magnetometría tradicional, son transporte eléctrico, reflectividad de rayos X, Reflectividad de neutrones polarizados y Scattering resonante de rayos X. Para el empleo de algunas de estas técnicas utilizamos grandes instalaciones científicas como el ESRF (Grenoble) o la fuente de espalación de neutrones ISIS en el Reino Unido.