Un grupo de investigadores ha 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. Dichas ondas se han generado y observado en dispositivos híbridos: magnéticos y piezoeléctricos. Los experimentos han sido diseñados por investigadores de la Universidad de Barcelona, 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 que la esperada.

Las ondas de magnetización se han observado en una fina película ferromagnética de níquel, excitada por una onda de deformación (llamada onda acústica de superficie, SAW) procedente de una capa de sustrato piezoeléctrico que se encontraba 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, observación que ahora permite proporcionar una cuantificación tanto temporal como espacial. Estos nuevos hallazgos se han publicado en Physical Review Letters y han merecido un artículo Focus en Physics.

«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 existen ondas de magnetización en diferentes 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 (IN2UB) y el ICMAB.

Los experimentos muestran patrones de interferencia de las ondas de magnetización y proporcionan nuevas vías para manipularlas a temperatura ambiente. «Nuestras ondas de magnetización están acopladas a las ondas acústicas y, por tanto, pueden viajar largas distancias y tienen mayores amplitudes que las ondas de espín», explica Michael Foerster, científico de la línea 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 respecto a las ondas inducidas por un campo magnético: más eficiencia energética, más extensión espacial o la coincidencia de las longitudes de onda entre las dos ondas.

Los experimentos se realizaron utilizando el microscopio electrónico de fotoemisión (PEEM) en la línea CIRCE del 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, las fotografiamos con instantáneas estroboscópicas gracias a esa sincronización. Utilizamos el efecto de dicroísmo magnético circular de rayos X (XMCD) para obtener el contraste magnético en las imágenes», detalla Macià.

El estudio, en colaboración con el Instituto Paul Drude de Berlín, se realizó en el marco de un proyecto interdisciplinario de frontera (FIP) del programa Severo Ochoa del ICMAB. Los proyectos FIP tienen por objeto desarrollar investigación de vanguardia, exploratoria, de alto riesgo y de carácter interdisciplinario en las áreas de la energía, la electrónica o la salud.


Referencia del artículo:

B. Casals, N. Statuto, M. Foerster, A. Hernández-Mínguez, R. Cichelero, P. Manshausen, A. Mandziak, L. Aballe, J. M. Hernàndez y F. Macià. «Generation and imaging of magnetoacoustic waves over millimeter distances». Physical Review Letters, abril de 2020. Doi: 10.1103/PhysRevLett.124.137202

Artículo Focus en Physics:

«Focus: Sound-driven spin waves». Physics 13, 51, 3 de abril de 2020

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