Resumen de Skyrmion stabilization and non-equilibrium nucleation routes in ultrathin cobalt-based magnetic trilayers
La presente tesis comprende una serie de estudios teóricos orientados al estudio de skyrmiones en tricapas magnéticas basadas en cobalto. Particularmente, el trabajo desarrollado se centra en el estudio de la estabilización de skyrmiones magnéticos en nanodiscos y en el estudio de su nucleación mediante técnicas no convencionales.
Los skyrmiones magnéticos son configuraciones de espín nanométricas que, en el caso de skyrmiones de tipo Néel, normalmente aparecen en sistemas magnéticos con ruptura de simetría de inversión tales como multicapas metálicas compuestas de metales de transición acoplados con otros materiales con una gran interacción espin-órbita . Dichas configuraciones de espín están topológicamente protegidas y además, su movimiento a través de una lámina magnética delgada puede ser controlado de manera efectiva empleando corrientes eléctricas. Debido a esto, los skyrmiones magnéticos se han postulado como candidatos prometedores para su implementación en dispositivos espintrónicos de próxima generación tales como dispositivos de almacenamiento de datos o dispositivos orientados a la computación por reservorios con la intención de mejorar o incluso sustituir los dispositivos electrónicos actuales. Entre los beneficios mostrados por los skyrmiones magnéticos podemos encontrar el bajo consumo energético necesario para su funcionamiento, su carácter no volátil, su alta estabilidad y la flexibilidad a la hora de diseñar los dispositivos necesarios para su implementación.
La estabilidad térmica de skyrmiones está determinada por las barreras de energía que separan las configuraciones magnéticas que representan los skyrmiones con otras posibles configuraciones magnéticas que pueden ser altas. Sin embargo, las mismas barreras que inducen la estabilidad de los skyrmiones magnéticos también afectan su nucleación y, por ello, protocolos específicos deben ser diseñados a tal efecto.
Las tricapas magnéticas basadas en una lámina fina de cobalto han demostrado su idoneidad para albergar skyrmiones magnéticos. La simplicidad de su estructura permite un crecimiento de láminas de alta calidad y quasi-epitáxicas con propiedades interfaciales que pueden ser fácilmente ajustables. El uso de grafeno epitáxico en estas estructuras ha demostrado su capacidad para obtener interfaces de alta calidad con la posibilidad de obtener interacciones de espín-órbita con origen interfacial. Esto, junto a las conocidas alta longitud de difusión de espín y altas vidas media de espín, hace del grafeno un material ideal para su uso en dispositivos skyrmiónicos.
El trabajo realizado comprende cálculos teóricos realizados mediante herramientas computacionales. Debido a la relevancia que adquieren las propiedades magnéticas de origen interfacial en sistemas con baja dimensionalidad, se ha desarrollado un modelo micromagnético con la intención de incluir en el estudio el carácter localizado de dichas propiedades. Con el modelo desarrollado, se ha investigado tanto la estabilidad de los skyrmiones como la posibilidad de nuclearlos mediante dos técnicas que han adquirido especial relevancia en los últimos años. Estos son, la nucleación mediante el uso de campos eléctricos y la nucleación mediante el uso de láseres ultrarrápidos.
Los resultados obtenidos revelan que skyrmiones magnéticos con tamaños por debajo de los 100 nm pueden ser estabilizados mediante su confinamiento en estructuras de tipo nanodiscos dependiendo del grosor de estos. A su vez, los resultados también revelan que el uso de campos eléctricos y pulsos de láser nos permite nuclear skyrmiones en las estructuras basadas en cobalto. Esta nucleación depende en gran medida del camino que recorre el sistema en la hipersuperficie energética en el espacio de configuraciones. Así, esta nucleación puede llevarse a cabo siguiendo tanto una dinámica del equilibrio como una dinámica altamente fuera del equilibrio. Con el presente trabajo se pretende impulsar el uso de tricapas magnéticas basadas en cobalto y cobalto-grafeno para su implementación en dispositvos espintrónicos basados en el uso de skyrmiones magnéticos.
