La luz de sincrotrón permite ver la imanación de capas magnéticas enterradas

En las dos últimas décadas, los avances científicos en el área del nanomagnetismo han permitido la creación de dispositivos de almacenamiento de datos cada vez más pequeños con mayor capacidad y mejor funcionamiento. La unidad de almacenamiento, el bit, se ha miniaturizado hasta alcanzar tamaños de apenas unas decenas de nanómetros (es decir, algunas cienmilésimas de milímetro). 

Estos dispositivos están constituidos por apilamientos de capas muy finas de materiales magnéticos con distintas propiedades. Las capas ultrafinas ejercen entre sí influencias mutuas que determinan su comportamiento. Pero todavía queda pendiente resolver cómo interaccionan esas capas, cómo mejorar su fabricación y cuál es su caracterización magnética. 

Un grupo de científicos del Sincrotrón ALBA, de la Universidad de Oviedo, de la Universidad de Oporto (Portugal) y del Centro Nacional de Microelectrónica (CNM-CSIC) ha llevado a cabo una investigación que arroja luz sobre los dominios magnéticos en capas magnéticas ultrafinas. Los dominios magnéticos son zonas de tamaño muy reducido en las que la imanación tiene valores distintos. Si nos imaginamos un tablero de ajedrez, las casillas blancas estarían imanadas con el polo norte hacia arriba y las negras con el polo norte hacia abajo. Cada una de las casillas sería un dominio magnético.

Los investigadores, utilizando el microscopio de rayos X del Sincrotrón ALBA, han podido medir con precisión los ángulos de las imanaciones de los dominios y determinar cómo cambia cuando están enterrados, es decir, cuando están cubiertos por otra capa de material. “Esto es importante porque afecta a la densidad del almacenamiento magnético y al comportamiento de los dispositivos”, dice Salvador Ferrer, científico adjunto a la dirección de ALBA y uno de los autores del estudio que publica Nature Communications. 

Un microscopio de rayos X que permite ver dominios magnéticos

Durante la investigación, los científicos han recurrido a la línea de luz MISTRAL del Sincrotrón ALBA, equipada con un microscopio de rayos X de transmisión. Este microscopio opera con luz de sincrotrón de una longitud de onda específicamente seleccionada, lo que permite visualizar los dominios magnéticos enterrados.

Mediante este dispositivo, los rayos X pueden incidir sobre las capas magnéticas a diversos ángulos y esto permite deducir cómo está orientada la imanación de los dominios magnéticos. Siguiendo con el símil del tablero de ajedrez, significaría que los polos norte y sur estarían en dirección perpendicular o inclinada respecto al tablero. Además, los investigadores han sido capaces de identificar irregularidades en las estructuras magnéticas, como si en nuestro tablero, hubiera varias casillas del mismo color una al lado de la otra.

Conocer estos defectos permite comprender el “comportamiento magnético de las capas magnéticas, lo que contribuye a su mejor control y utilización”, apunta Ferrer. 

Referencia bibliográfica:

C. Blanco-Roldán, C. Quirós, A. Sorrentino, A. Hierro-Rodríguez, L.M. Álvarez-Prado, R. Valcárcel, M. Duch, N. Torras, J. Esteve, J.I.Martín, M. Vélez, J.M. Alameda, E. Pereiro, S. Ferrer. "Nanoscale Imaging of Buried Topological Defects with Quantitative X-Ray Magnetic Microscopy” Nature Communications DOI: 10.1038/NCOMMS9196