Investigadores han podido observar, por primera vez, ondas magnetoacústicas (ondas de espín generadas por ondas acústicas), consideradas como potenciales portadoras de información para los futuros esquemas de computación. Las ondas se han generado y observado en dispositivos híbridos magnéticos/piezoeléctricos. Los experimentos fueron diseñados por investigadores de la Universidad de Barcelona (UB), el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) y el Sincrotrón ALBA. Los resultados muestran que las ondas magnetoacústicas pueden viajar a grandes distancias -hasta centímetros- y tienen una amplitud mayor a la esperada.
Izquierda: Una onda de propagación y una onda de magnetización estacionaria en Níquel ferromagnético, impulsada por el acoplamiento magnetoelástico a una onda acústica de superfície (SAW) en un sustrato piezoeléctrico de LiNbO3. Las imágenes combinan perfiles de líneas (el color indica la dirección de magnetización local) en diferentes tiempos entre el pulso de rayos X de la sonda y la excitación eléctrica de la SAW. Derecha: Esquema de la tensión causada por las ondas acústicas de superficie (SAW) en el piezoeléctrico (en la escala de color verde) y la modulación magnética en el material ferromagnético (en la escala de color naranja-cyan).
La ondas de magnetización se observaron en una delgada película ferromagnética de Níquel, excitada por una onda de deformación (llamada onda acústica de superfície, SAW) procedente de una capa de sustrato piezoeléctrico debajo de la película de Níquel. Aunque ya se conocía la existencia de la interacción entre las ondas acústicas y la dinámica de la magnetización en varios sistemas, hasta ahora no existía una observación directa de las excitaciones magnéticas subyacentes, lo que permite proporcionar una cuantificación tanto temporal como espacial.
Ahora se han publicado en Physical Review Letters estos nuevos hallazgos: "Diseñamos un experimento ad hoc para visualizar y cuantificar la dinámica de la magnetización generada por las ondas acústicas de superficie (SAW). Los resultados muestran claramente que las ondas de magnetización existen a distintas frecuencias y longitudes de onda, y que es posible crear interferencias de onda" explica Ferran Macià, líder del proyecto en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la UB (N2UB) y el ICMAB.
Los experimentos muestran patrones de interferencia de las ondas de magnetización y proporcionan nuevas vías para su manipulación a temperatura ambiente "Nuestras ondas de magnetización están acopladas a las ondas acústicas y, por lo tanto, pueden viajar largas distancias y tienen mayores amplitudes que las ondas de espín" explica Michael Foerster, científico de la línea de luz CIRCE-PEEM de ALBA. Estas ondas de gran amplitud y larga distancia podrían ser adecuadas para transportar información, procesar datos o alimentar pequeños motores.
La excitación de la magnetización a través de las ondas acústicas ha despertado interés porque tiene algunas ventajas sobre las ondas inducidas por un campo magnético: más eficiencia energética, más extensión espacial o la coincidencia de las longitudes de onda entre ambas.
Los experimentos se realizaron utilizando el PEEM (Microscopio Electrónico de Fotoemisión) en la línea CIRCE en el Sincrotrón ALBA para obtener imágenes de las ondas de magnetización, que se sincronizaron con los pulsos de luz de sincrotrón. "Como las ondas son objetos dinámicos, fueron fotografiadas con instantáneas estroboscópicas gracias a esta sincronización. El efecto de dicroísmo circular magnético de rayos X (XMCD) se utilizó para obtener el contraste magnético en las imágenes" explica Macià.
El estudio, en colaboración con el Paul-Drude-Institut de Berlín, se realizó en el marco de un Proyecto Interdisciplinario de Frontera (FIP) del proyecto Severo Ochoa del ICMAB. Los proyectos FIP tienen por objeto desarrollar investigación de vanguardia, exploratoria y de alto riesgo y de carácter interdisciplinario en las áreas de la energía, la electrónica o la salud.
Referencia: 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.
