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

Los sistemas nanoestructurados magnéticos, tales como multicapas, nanopartículas y películas nanogranulares (dispersiones de partículas en matrices sólidas), han sido muy estudiados en los últimos años para indagar en dos mecanismos físicos que determinan la estabilidad térmica de nanoimanes (crucial para aumentar la densidad de almacenamiento magnético en discos duros) más allá de la influencia obvia de su tamaño: la interacción entre partículas (dipolar y/o RKKY en matrices metálicas) y el canje anisotrópico (exchange-bias) en nanopartículas con estructura core-shell (núcleo ferromagnético y corteza -o matriz- antiferromagnético).

Por otra parte, las multicapas de metales de transición y tierras raras resultan especialmente interesantes para el estudio de interacciones magnéticas, ya que las redes magnéticas de ambos materiales se acoplan antiparalelamente dando lugar a un material ferrimagnético artificial (esto es, una multicapa que actúa como un material ferrimagnético). Asimismo, dependiendo de la temperatura de Curie de ambos materiales, la temperatura y el campo aplicado se pueden conseguir diferentes estados magnéticos interesantes (Exchange spring, spin flop…)

De manera complementaria, este segundo fenómeno también se investiga en geometría de multicapa, configuración en la que, de hecho, encuentra su mayor aplicación (válvulas de espín en cabezas lectoras).

El grupo de Materiales Magnéticos de la UCLM tiene amplia experiencia en la preparación (por pulverización catódica (sputtering) y recientemente también con una “fuente de clusters” -cluster gun-) y caracterización de los materiales descritos a través de magnetometría SQUID, dispersión de rayos X y neutrones, y medida de propiedades magnetorresistivas.

Recursos humanos (actuales)

• Personal investigador en la UCLM: José Manuel Riveiro Corona, Juan Pedro Andrés González, Juan Antonio González Sanz, Pablo Muñiz García, José Ángel de Toro Sánchez, Peter S. Normile, Ricardo López Antón.
• Técnicos de Laboratorio: Mario Rivera Cabanillas, Eduardo Prado García-Consuegra.

Líneas de investigación o de actuación (actuales)

• Sistemas de nanopartículas magnéticas.
• Canje anisotrópico en sistemas nanoestructurados.
• Interacciones magnéticas en multicapas de metales de transición y tierras raras.

Equipamiento e infraestructura (actuales)

Síntesis:

• Cámara de alto vacío multifuncional:
• Dos magnetrones de sputtering RF de 3''.
• Cañón de partículas (Mantis) con magnetrón de sputtering DC de 2''.
• Porta-muestras rotatorio en brazo retráctil.
• Medidor de ritmos de deposición de cuarzo QCM (Sycon instruments STC-2000A) montado sobre brazo retráctil.
• Equipo de pulverización catódica Leybold Z400 con tres magnetrones RF de 3’’ y porta-sustratos caldeable hasta 600ºC.
• Equipo de pulverización catódica Boc-Edwards con tres magnetrones RF de 3” y control de crecimiento automatizado.
• Molino planetario de alta energía (Retsch 4) para aleación mecánica y amorfización.

Caracterización:

• Magnetómetros:
• SQUID (QD MPMS-XL Evercool), medidas DC y AC y campo hasta 5T.
• VSM de muestra vibrante (LDJ 9600) con criostato de flujo de He y horno.
• Magnetómetro de extracción con campo máximo de 9 Tesla (Oxford MagLab EXA) y portamuestras para medidas de resistencia eléctrica.
• Difractómetro de rayos X (Bruker D8 Advance), configuración Theta-Theta, para medidas de difracción y reflectividad, con detector LynxEye.
• Microscopio electrónico de barrido (SEM Philips XL30) con sonda de microanálisis (EDAX).
• Sistema de medidas de transporte eléctrico con ciclo cerrado de He con rango 10-300 K.
• Calorímetro diferencial (DSC) Perkin-Elmer.

Proyectos de Investigación en curso

• "Magnetómetro SQUID De Alta Sensibilidad", FEDER (UNCM08-1E-022). Cuantía: 249.760 €.
• "Propiedades magnéticas en composites nanogranulares: control a través de la matriz", Ministerio de Economía y Competitividad (MAT2011-26207) Cuantía: 60.000 €.

Selección publicaciones recientes en revistas internacionales (últimos 5 años)

• "Phase transition in a super superspin glass". R. Mathieu, J. A. De Toro, D. Salazar, S. S. Lee, J. L. Cheong, P. Nordblad. EPL – Europhysics Letters (en prensa).
• "Controlled close-packing of ferrimagnetic nanoparticles: an assessment of the role of interparticle superexchange versus dipolar interactions". J. A. De Toro, P. S. Normile, S. S. Lee, D. Salazar, J. L. Cheong, , P. Muñiz, J. M. Riveiro, M. Hillenkamp, F. Tournus, A. Tamion, and P. Nordblad. Journal of Physical Chemistry C (en prensa).
• "A nanoparticle replica of the spin-glass state". J. A. De Toro, S. S. Lee, D. Salazar, J. L. Cheong, P. S. Normile, P. Muñiz, J. M. Riveiro, M. Hillenkamp, F. Tournus, A. Tamion, and P. Nordblad Applied Physics Letters 102, 183104 (2013)
• "Comment on "Accurate determination of the magnetic anisotropy in cluster-assembled nanostructures" [Appl. Phys. Lett. 95, 062503 (2009)] Normile, P. S.; De Toro, J. A. Applied Physics Letters 100,13610 (2012)
• "Energy barrier enhancement by weak magnetic interactions in Co/Nb granular films assembled by inert gas condensation". J. A. De Toro, J. A. González, P. S. Normile, P. Muñiz, J. P. Andrés, R. López-Antón, J. M. Riveiro, J. Canales-Vázquez. Physical Review B 85, 054429 (2012).
• "2D Crystallography introduced by the sprinkler watering problem". J. A. De Toro, G. F. Calvo, P. Muñiz. European Journal of Physics 33, 167 (2012).
• "Role of the oxygen partial pressure in the formation of composite Co–CoO nanoparticles by reactive aggregation". J. A. De Toro, J. P. Andrés, J. A. González, J. M. Riveiro, M. Estrader, A. López–Ortega, I. Tsiaoussis, N. Frangis, J. Nogués. Journal of Nanoparticle Research 13, 4583 (2011).
• "Tracking the Evolution of Magnetic Ordering in Co/Ru Multilayers with Inhomogeneous Interlayer Coupling using Polarised Neutron Reflectometry". Autores: J A González, L.-A. Michez, T. R. Charlton, B. J. Hickey, S. Langridge and C. H. Marrows. Revista: Physica B 406 (13) , 2689 (2011).
• "Origin of the giant magnetic moment in epitaxial Fe3O4 thin films". J. Orna, P.A. Algarabel, L. Morellón, J.A. Pardo, J.M. de Teresa, R. López Antón, F. Bartolomé, L. M. García, J. Bartolomé, J. C. Cezar, A. Wildes. Physical Review B 81, 144420 (2010).
• "Co-CoO Nanoparticles Prepared by Reactive Gas-Phase Aggregation". J. A. González, J. P. Andrés, J. A. De Toro, P. Muñiz, T. Muñoz, J. M. Riveiro. Journal of Nanoparticle Research 11, 2105 (2009).
• "The oxidation of metal-capped Co cluster films at ambient conditions". J. A. De Toro, J. P. Andrés, J. A. González, P. Muñiz, J. M. Riveiro. Nanotechnology 20, 085710 (2009).
• "CoO1-layers in a reactively sputtered exchange bias system". J. M. Riveiro, P. S. Normile, J. A. De Toro, T. Muñoz, P. Muniz, J. A. González, J. P. Andrés. New Journal of Physics 10, 083028 (2008).
• "Artificial ferrimagnetic structure and thermal hysteresis in Gd0.47Co0.53/Co multilayers". Autores: J.P. Andrés, J. A. González, J.M. Riveiro, T.P.A. Hase, B. K. Tanner. Physical Review B 77, 144407 (2008).

Artículos resultantes de colaboraciones con colegas de la red temática (últimos años)

• Study of GdCo/Si/Co/Si Multilayers by Polarized Neutron Reflectivity" R. López Antón, A.V. Svalov, J.M. Barandiarán, T.R. Charlton, M. Krzystyniak and G.V. Kurlyandskaya Journal of Physics: ConferenceSeries 325 (2011) 012018.
• "Influence of the preparation procedure on the properties of polyaniline based magnetic composites" J.C. Aphesteguy, S.E. Jacobo, R. Lopez Anton, N.N. Schegoleva, G.V. Kurlyandskaya European Polymer Journal 43 (2007) 1333-1346.
• "Coupling between Co and Gd–Co layers separated by nonmagnetic spacers" A.V. Svalov, A. Fernandez, V.O. Vas’kovskiy, R. Lopez Anton, J.M. Barandiaran, M. Tejedor and G.V. Kurlyandskaya Physica B: Condensed Matter 396 (2007) 113-116.