Un grup d’investigadors ha pogut observar, per primera vegada, ones magnetoacústiques (ones de spin generades per ones acústiques), considerades com a potencials portadores d'informació per als futurs esquemes de computació. Les ones s'han generat i observat en dispositius híbrids magnètics/piezoelèctrics. Els experiments han estat dissenyats per investigadors de la Universitat de Barcelona (UB), l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) i el Sincrotró ALBA. Els resultats mostren que les ones magnetoacústiques poden viatjar a grans distàncies -fins a centímetres- i tenen una amplitud major a l'esperada.
Esquerra: Una ona de propagació i una ona de magnetització estacionària en Níquel ferromagnètic, impulsada per l'acoblament magnetoelàstic a una ona acústica de superfície (SAW) en un substrat piezoelèctric de LiNbO3. Les imatges combinen perfils de línies (el color indica la direcció de magnetització local) en diferents temps entre el pols de raigs X de la sonda i l'excitació elèctrica de la SAW. Dreta: Esquema de la tensió causada per les ones acústiques de superfície (SAW) al piezoelèctric (en l'escala de color verd) i la modulació magnètica en el material ferromagnètic (en l'escala de color taronja-cian).
La ones de magnetització s’han observat en una fina pel·lícula ferromagnètica de Níquel, excitada per una ona de deformació (anomenada ona acústica de superfície, SAW) procedent d'una capa de substrat piezoelèctric que es trobava sota de la pel·lícula de Níquel. Tot i que ja es coneixia l'existència de la interacció entre les ones acústiques i la dinàmica de la magnetització en diversos sistemes, fins ara no existia una observació directa de les excitacions magnètiques subjacents, la qual cosa permet proporcionar una quantificació tant temporal com espacial.
Ara s'ha publicat a Physical Review Letters aquests noves troballes: "Vam dissenyar un experiment ad hoc per a visualitzar i quantificar la dinàmica de la magnetització generada per les ones acústiques de superfície (SAW). Els resultats mostren clarament que existeixen ones de magnetització a diferents freqüències i longituds d'ona, i que és possible crear interferències d'ona" explica Ferran Macià, líder del projecte a l’Institut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB) i a l'ICMAB.
Els experiments mostren patrons d'interferència de les ones de magnetització i proporcionen noves vies per a la seva manipulació a temperatura ambient "Les nostres ones de magnetització estan acoblades a les ones acústiques i, per tant, poden viatjar llargues distàncies i tenen majors amplituds que les ones de spin" explica Michael Foerster, científic de la línia de llum CIRCE-PEEM d'ALBA. Aquestes ones de gran amplitud i llarga distància podrien ser adequades per a transportar informació, processar dades o alimentar petits motors.
L’excitació de la magnetització a través de les ones acústiques ha despertat interès perquè té alguns avantatges sobre les ones induïdes per un camp magnètic: més eficiència energètica, més extensió espacial o la coincidència de les longituds d'ona entre les dues ones.
Els experiments es van realitzar utilitzant el PEEM (Microscopi Electrònic de Fotoemissió) a la línia CIRCE del Sincrotró ALBA per obtenir imatges de les ones de magnetització, que es van sincronitzar amb els polsos de llum de sincrotró. "Com que les ones són objectes dinàmics, les vam fotografiar amb instantànies estroboscòpiques gràcies a aquesta sincronització. Vam utilitzar l’efecte de dicroïsme circular magnètic de raigs X (XMCD) per obtenir el contrast magnètic a les imatges" explica Macià.
L'estudi, en col·laboració amb el Paul-Drude-Institut de Berlín, es va realitzar en el marc d'un Projecte Interdisciplinari de Frontera (FIP) del projecte Sever Ochoa de l'ICMAB. Els projectes FIP tenen per objecte desenvolupar recerca d'avantguarda, exploratòria, d'alt risc i de caràcter interdisciplinari en les àrees de l'energia, l'electrònica o la salut.
Referència: Blai Casals, Nahuel Statuto, Michael Foerster, Alberto Hernández-Mínguez, Rafael Cichelero, Peter Manshausen, Ania Mandziak, Lucía Aballe, Joan Manel Hernàndez, and Ferran Macià. Generation and imaging of magnetoacoustic waves over millimeter distances. Phys. Rev. Lett. 124, 137202. DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.137202.
