Propiedades magnéticas de nanoestructuras con simetría cilíndrica.

Abstract

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.