Magnetization processes in rectangular versus rhombic planar superlattices of magnetic bars

4 páginas, 5 figuras.-- PACS number(s): 75.60.Ej, 75.60.Jk, 75.70.Kw, 75.75.Cd.-- et al.Rectangular and rhombic patterned superlattices of magnetic bar elements have been experimentally studied and theoretically modeled in order to analyze the role of the array geometry in their magnetization reversal and coercivity. The results show that a dominating part of the coercive field (≈250 Oe) is due to the reversal processes within a single bar element (independent of the array geometry) which is well described by the standard micromagnetic calculation. Otherwise, a smaller (≈60 Oe) but significant difference between the magnetization loops in the two geometries is related to the magnetostatic coupling effects between the bars and it is reasonably accounted for with a simple model of Coulomb-like interaction between terminal magnetic charges. The possibility to use this geometry effect to control the performance of artificial magnetic media is discussed.The support of this work by Spanish and Portuguese Grants Nos. HP2008-0032, FIS2008-6249, PCTI IB08-106, FCT SFRH/BPD/72329/2010 (J.M.T.) is gratefully acknowledged. G.N.K. acknowledges support from Portuguese FCT through the “Ciencia 2007” program. Work in Ukraine was supported by STCU through the Project No. 5210.Peer reviewe

Propiedades magnéticas de nanoestructuras fabricadas sobre áreas grandes mediante procesos de autoorganización y litografía por haz de electrones

Los sistemas con anisotropía magnética perpendicular (PMA) presentan un gran interés en áreas como los medios de almacenamiento de la información, o la espintrónica. El control de sus propiedades ha promovido su nanoestructuración, centrándose inicialmente en materiales con una fuerte componente perpendicular. Cuando esta componente es de menor magnitud se habla de PMA débil: la componente perpendicular únicamente se manifiesta por encima de un espesor crítico. A partir de éste la imanación pasa a configurar un sistema de bandas con imanación constante, cuya componente en el plano es idéntica, pero con la componente perpendicular alterna en sentido. Las aleaciones de tipo tierra rara- metal de transición (TR-MT) son un tipo de materiales que presentan PMA. La fenomenología de la configuración de las bandas magnéticas ha atraído interés desde un punto de vista topológico. En esta tesis se han fabricado, mediante pulverización catódica. láminas delgadas de un amorfo de este tipo de aleaciones con PMA débil, NdCo 5 . Se ha estudiado como la modificación a escala nanométrica realizada sobre las mismas afecta a su comportamiento magnético. La nanoestructuración ha sido llevada a cabo, en primer lugar, mediante la técnica autoorganizada de los copolímeros en bloque. Este tipo de materiales están compuestos por dos especies de polímeros diferentes unidos por enlace covalente, que presentan una repulsión química entre sí,. Por tanto, el sistema minimiza su energía segregándose espacialmente, y de forma espontánea, en estructuras unidad básicas. En la tesis se usa el copolímero poliestireno-poli- 4-vinilpiridina (PS-P4VP), estudiándose las distintas estructuras morfológicas a que da lugar alterando parámetros como la velocidad de depósito o la concentración. Este copolímero presenta una reactividad química adicional, que permite la unión de partículas, por enlace de hidrógeno o iónico a la P4VP. En nuestro caso se ha ligado una partícula ácida para aumenta el rango de dimensiones alcanzadas en la morfología y varias partículas metálicas de Fe, Co y Ni. La caracterización morfológica ha sido llevada a cabo mediante Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y Espectroscopia de Absorción de Rayos-X cerca del Borde (XANES). Asimismo, el comportamiento magnético de las láminas ha sido caracterizado mediante Microscopía de Fuerza Magnética (MFM), efecto Kerr Transversal Magneto-óptico (MOTKE) y en el caso de las partículas embebidas mediante magnetometría de gradiente alterno (AGM) y dicroísmo magnético circular (XMCD). La litografía mediante copolímeros en bloque ha llevado a la formación de redes de nanopartículas metálicas ordenadas a primeros vecinos, así como redes de micelas o agujeros ordenadas que han servido como base de crecimiento para láminas de NdCo 5 , permitiendo una modificación controlada de su PMA en función del espesor de la lámina, o del tamaño de la modificación con respecto a sus dimensiones características. Las redes hexagonales continuas de materiales magnéticos han atraído la atención desde un punto de vista tecnológico y teórico. Exhiben una serie de comportamiento magnéticos colectivos con frustración magnética denominadas “Spin Ice” . Hasta ahora únicamente se han estudiado para materiales con la imanación en el plano. En esta tesis se ha comparado el comportamiento de este tipo de redes para casos con PMA al diseñarse mediante Litografía Electrónica (EBL) varias redes para los casos de Co y NdCo 5 . La comparación se llevado a cabo con MFM. Ambas redes han manifestado fenomenología de tipo Spin Ice dentro de unos valores dimensionales dependientes del material. Se han registrado y analizado estructuras magnéticas multidominio en el caso del Co. Se forman para evitar la formación de cargas magnéticas en los bordes. En el NdCo5 no existe esta condición, lo que evita su formación en los estados saturados, pero pudiendo ser alcanzada en los estados desordenados

Submicrometric 2D ratchet effect in magnetic domain wall motion

21st Latin American Symposium on Solid State Physics - SLAFES (2013)Strips containing arrays of submicrometric triangular antidots with a 2D square periodicity have been fabricated by electron beam lithography. A clear ratchet effect of 180° domain wall motion under a varying applied field parallel to the walls has been observed. The direction is determined by the direction of the triangle vertices. In contrast, no ratchet effect is observed when the antidot array is constituted by symmetric rhomb-shaped antidots.The financial support of MECON-FEDERMAT2011/23791, MINECO MAT2012-38318-C03, MICINN08-FIS2008-06249-C02 and Aragonese IMANA project no. 34 (Fondo Social Europeo) is acknowledged. C. Castán-Guerrero and F. Valdés-Bango acknowledge JAE2009-Predoc and JAE2010-Predoc Grants, respectively.Peer Reviewe

Topologically protected superconducting ratchet effect generated by spin-ice nanomagnets

We have designed, fabricated and tested a robust superconducting ratchet device based on topologically frustrated spin ice nanomagnets. The device is made of a magnetic Co honeycomb array embedded in a superconducting Nb film. This device is based on three simple mechanisms: (i) the topology of the Co honeycomb array frustrates in-plane magnetic configurations in the array yielding a distribution of magnetic charges which can be ordered or disordered with in-plane magnetic fields, following spin ice rules; (ii) the local vertex magnetization, which consists of a magnetic half vortex with two charged magnetic Néel walls; (iii) the interaction between superconducting vortices and the asymmetric potentials provided by the Néel walls. The combination of these elements leads to a superconducting ratchet effect. Thus, superconducting vortices driven by alternating forces and moving on magnetic half vortices generate a unidirectional net vortex flow. This ratchet effect is independent of the distribution of magnetic charges in the array.We thank support from Spanish MINECO grants FIS2016-76058 (AEI/FEDER, UE), Spanish CM grant S2013/MIT2850. IMDEA Nanociencia acknowledges support from the ‘Severo Ochoa’ Programme for Centres of Excellence in R&D (MINECO, Grant SEV-2016-0686). DG acknowledges RYC-2012-09864, S2013/MIT-3007 and ESP2015-65597-C4-3-R for financial support and AG acknowledges financial support from Spanish MINECO Grant ESP2015-65597-C4-1-R.Peer reviewe

Magnetic behavior of high density arrays of Co bars with strong magnetostatic coupling

Magnetization reversal processes have been analyzed by Magnetic Force Microscopy in dense arrays of Co bars with well defined shape anisotropy and strong magnetostatic interactions. Two different geometries have been used: rectangular and rhombic so that the sign of dipolar interactions between adjacent chains of bars is changed from antiferromagnetic (rectangular array) to ferromagnetic (rhombic array), having a profound influence on the shape of a nucleus of inversion at the magnetization reversal.Spanis MICINN: FIS2008-06249, HP 2008-0032; Asturias FICYT: IB 08-106; CRUP of Portugal: E41/09 and FCT of Portugal: SFRH/BD/24012/2005.Peer Reviewe

2D magnetic domain wall ratchet: the limit of submicrometric holes

Póster presentado a la 64th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM), celebrada en Las Vegas (USA) del 4 al 8 de noviembre de 2019.In the last decade, magnetic ratchet effect of domain walls has been proposed by several groups as a working principle for spintronic devices like magnetic diodes or shift registers. Indeed, some of the proposed strategies are promising candidates to be seen in the near future in working devices. As an alternative route, we have succeeded in producing and observing magnetic ratchet effects, as well as crossed-ratchet effects, in a ferromagnetic thin film where we have nanopatterned 2D arrays of asymmetric holes in the submicrometric limit for hole sizes. The combination of Kerr microscopy, X-Ray PhotoEmission Electron Microscopy and micromagnetic simulations has allowed a full magnetic characterisation of the domain wall (DW) propagation processes over the whole array and the local DW morphology and pinning at the holes. It is found that the DW dynamics in the submicrometric size limit are governed by the interplay between DW elasticity and half vortex propagation along hole edges: as hole size becomes comparable to DW width, flat DW propagation modes are favoured over kinked DW propagation due to an enhancement of DW stiffness, and pinned DW segments adopt asymmetric configurations related with Nèel DW chirality. Both ratchet and crossed-ratchet effects have been experimentally found, and we propose a new ratchet/inverted-ratchet effect in the submicrometric range driven by magnetic fields and electrical currents.Peer reviewe