Un análisis atípico de los esquirmiones
Los investigadores participantes en el proyecto ATOMS (Advanced tools to observe magnetic and dynamical properties of skyrmions and vortices down to the atomic scale) desarrollaron una nueva técnica que permite medir la dinámica de magnetización hasta la escala atómica. Utilizar SP-STM en combinación con resonancia magnética, permitió estudiar la dinámica de la magnetización de alta frecuencia, en la que los métodos de STM convencionales no sirven debido a limitaciones en el ancho de banda. En la técnica se utilizaba una tensión de radiofrecuencia (rf) continua mezclada con la tensión aplicada en el STM mediante una línea de transmisión dedicada. En el caso de una precesión de magnetización debajo de la punta de SP-STM, se modulaba la conductancia túnel con la frecuencia de precesión. Después, la intensidad túnel, correspondiente a una señal de resonancia ferromagnética, se rectificaba y medía con herramientas convencionales. Para mantener la amplitud de la señal estable, a pesar de los efectos del cable dependientes de la frecuencia, los científicos debían conocer a fondo el montaje y ajustarlo correctamente. Como resultado, el ancho de banda del STM aumentó hasta 3 GHz. Este método se utilizó por primera vez para examinar el giro de los vórtices magnéticos, un sistema con propiedades bien conocidas y en el intervalo de frecuencias accesible. Los estudios de simulación mostraron que la intensidad de rf necesaria solo se podía lograr en condiciones extremas de tunelización, lo cual daba lugar a experimentos inestables. En consecuencia, los científicos de ATOMS decidieron analizar el modo de giro de los esquirmiones magnéticos. En comparación con los vórtices magnéticos, la corriente rf necesaria para excitar los estados de los esquirmiones es muy reducida, lo cual da lugar a experimentos manejables. Se seleccionaron dos estructuras de espín, una monocapa de hierro sobre iridio (111) (Fe (1 ML)/Ir(111)) y una monocapa de cobalto sobre rutenio (001) (Co (1ML)/Ru(0001)). El estudio del Fe (1 ML)/Ir(111) reveló una señal de resonancia de 615 MHz. Además, el estudio de Co (1 ML)/Ru(0001) sin campo magnético aplicado demostró una espiral de espín quiral como estado fundamental. Esto constituye la primera observación experimental de una estructura de espín no colineal quiral establilizada en una interfaz entre un metal 4d y un elemento ferromagnético 3d. En ambos casos, el trabajo teórico sigue en curso después de la finalización del proyecto. Los esquirmiones desempeñarán un papel crucial en diversas tecnologías futuras, como dispositivos de radiofrecuencia y almacenamiento magnético, y de hecho ya se han propuesto nanoosciladores de transferencia de espín basados en esquirmiones. A la vista de estos desarrollos tecnológicos, se espera que los resultados finales de este proyecto contribuyan de forma importante a este campo.
Palabras clave
Esquirmión, microscopia de efecto túnel de rastreo con polarización de espín, giro de vórtices magnéticos, ATOMS