Controlar les propietats magnètiques dels materials és fonamental per a desenvolupar noves memòries, equips de computació i altres dispositius de comunicació a nivell nanomètric. L'emmagatzematge i processament de dades progressa de manera tan ràpida que és necessari provar diferents mètodes per modificar les propietats magnètiques dels materials. Una manera es basa en la deformació elàstica del material magnètic per modificar les seves propietats magnètiques. Permet escriure petits elements magnètics amb un voltatge elèctric en lloc de corrent i, per tant, evitar les pèrdues d'energia. Tot i això, els estudis realitzats fins avui s'han fet a escales de temps molt lentes (de segons a mil·lisegons).
Una altra forma de produir canvis ràpids de deformació (a l’escala dels subnanosegons) i, per tant, induir canvis de magnetització és utilitzar ones acústiques superficials (SAW), que són ones de deformació. Imagineu una barra de ferro que és colpejada amb un martell en un dels seus extrems. Al fer-ho, una ona propaga la deformació al llarg de la barra. D’igual manera, una ona acústica superficial propaga una deformació però només en la capa superficial, tal i com fan les ones a l'oceà. En certs materials (piezoelèctrics), que s’expandeixen o contrauen a l’aplicar un voltatge, es poden generar aquestes ones amb camps elèctrics oscil·lants.
Un grup d'investigadors del Sincrotró ALBA, de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) i de la Universitat de Barcelona (UB), en col·laboració amb l'Institut Paul Scherrer (Suïssa), la Universitat Johannes Gutenberg Mainz i l'Institut Paul Drude (tots dos a Alemanya), han desenvolupat una nova tècnica experimental per visualitzar quantitativament aquestes ones acústiques superficials i utilitzar-les per modificar la magnetització de nanoelements magnètics (els “surfistes”) sobre la capa superficial del cristall. Aquest sistema també podria utilitzar-se per estudiar altres àrees com la manipulació de nanopartícules i cèl·lules o controlar reaccions químiques.
Propietats magnètiques, fotograma a fotograma
L'experiment es va dur a terme a la línia de llum CIRCE del Sincrotró ALBA, utilitzant el microscopi de fotoemissió (PEEM), una eina d'avantguarda per a l'anàlisi de capes fines, superfícies i intercares, així com propietats magnètiques de nanomaterials.
Els investigadors van preparar quadrats magnètics dipositats sobre un cristall piezoelèctric. Utilitzant com a referència el senyal de temps dels acceleradors del Sincrotró ALBA, es van sincronitzar el senyal de l’ona i els polsos de llum de sincrotró. Aquest sistema va permetre que els investigadors enregistressin imatges (fotogrames) de la mostra quan l'ona passava a través d’ella, donant la possibilitat d'estudiar amb detall els processos ràpids que ocorren a 500 MHz (500 milions de vegades per segon).
Els resultats van mostrar que els quadrats magnètics van canviar les seves propietats sota l'efecte de les ones, ampliant o encongint els dominis magnètics en funció de la fase de l’ona. Curiosament, la deformació no té efecte instantàniament, sinó que hi ha un retard entre l'ona i els canvis magnètics.
Comprendre com es poden modificar les propietats magnètiques en una escala de temps ràpid és clau per dissenyar dispositius eficients en el futur.
