p À medida que a nanoeletrônica encontra barreiras fundamentais, o spin de um elétron, além de sua carga, está sendo utilizado para transportar informações em dispositivos eletrônicos. Isso exige novos métodos de caracterização e detecção de modos de spin em estruturas magnéticas complexas. As técnicas atuais medem as propriedades do material na escala de comprimento nanométrico ou na escala de tempo de picossegundos, Contudo, ambos são necessários simultaneamente para obter uma imagem completa a fim de fazer avançar os desenvolvimentos tecnológicos futuros. p Pesquisadores do Grupo de Espectroscopia Magnética da Diamond Light Source, a Universidade de Oxford, e a ShanghaiTech University desenvolveram uma nova técnica de ressonância ferromagnética difrativa (DFMR) para recuperar a dinâmica de modos de spin individuais. DFMR combina o poder de duas técnicas de medição, espalhamento elástico ressonante de raios-X (REXS) para recuperar a estrutura de spin detalhada de um sistema magnético, e ressonância ferromagnética detectada por raios-X (XFMR) para acessar a dinâmica de magnetização seletiva do elemento. A recente publicação da equipe em Nano Letters demonstra sua técnica DFMR estudando a dinâmica de spin de uma hexaferrita multiferróica, que tem grande potencial para aplicativos de armazenamento de informações.

p Estudos experimentais de dinâmica de magnetização

p O estudo da dinâmica da magnetização é crucial para o desenvolvimento de novos materiais e dispositivos de armazenamento magnético, que normalmente são compostos de várias camadas diferentes. A técnica mais amplamente usada, ressonância ferromagnética (FMR), dá uma visão apenas da dinâmica de magnetização integrada dentro desses sistemas complexos. É aqui que a radiação síncrotron oferece uma solução. Fazendo uso do efeito de dicroísmo circular magnético de raios-X (XMCD), contraste magnético e químico é obtido, que permite estudar a dinâmica de magnetização específica do elemento em FMR detectado por raios-X.

p A técnica FMR difrativa

p A técnica DFMR é uma união de REXS - que revela a estrutura magnética estática no espaço recíproco - e XFMR, que é usado para revelar a dependência do tempo dessa estrutura. A equipe de pesquisa realizou suas medições no difratômetro RASOR na linha de luz I10 do Diamond, que fornece temperaturas de amostra variáveis ​​e campos magnéticos. Os raios-X incidentes são ajustados para L2, 3 arestas de absorção do elemento de metal de transição 3d de interesse, e a condição de difração magnética pode tipicamente ser satisfeita para modulações de spin de 10s a 100s nm. A dinâmica da magnetização é amostrada estroboscopicamente, fazendo uso da estrutura de pulso de raios X do síncrotron de 500 MHz (o relógio oscilador mestre do anel de armazenamento Diamond) e sincronização com um campo de micro-ondas aplicado à amostra. Uma linha de atraso permite a mudança de fase da oscilação de microondas em relação aos pulsos de raios-X. Por aqui, o sinal magnético pode ser monitorado em função do atraso entre a excitação de microondas (bomba) e a chegada do feixe de raios-X (sonda). DFMR combina REXS e XFMR medindo a mudança na intensidade dos picos dispersos resultantes da sondagem estroboscópica da estrutura magnética. Um esquema da configuração experimental é mostrado na Figura 1, juntamente com as varreduras de retardo DFMR medidas dos picos magnéticos em função do ângulo de polarização linear.

p Próximos passos

p Materiais magnéticos inovadores têm jogado, e continuará a jogar, um papel fundamental para o aumento da capacidade de armazenamento de dados nos próximos anos. Seu desenvolvimento contínuo, e especialmente devido ao advento do complexo, sistemas magnéticos topologicamente ordenados, requer ferramentas de caracterização ultrassensíveis adequadas em seu domínio de frequência GHz nativo. Com DFMR, a equipe estabeleceu uma ferramenta chave que ajudará os pesquisadores em sua busca para sintetizar e projetar novos skyrmion e materiais multiferróicos nos quais momentos magnéticos ordenados podem ser manipulados por meio da aplicação de campos elétricos ou magnéticos, com o objetivo de desenvolver soluções de processamento de dados de alta densidade e baixo consumo de energia.

p O autor principal, Dr. David Burn, explica:

p "Acreditamos que o desenvolvimento do FMR difrativo representa um grande avanço para a spintrônica, pois permite, pela primeira vez, o estudo dos modos de magnetização dinâmica até a nanoescala com espacial, resolução temporal e química. Esta escala de comprimento, em combinação com faixa dinâmica de 10 GHz, é crucial para o desenvolvimento de lógica magnética pós-CMOS e dispositivos de memória. Temos certeza de que terá um impacto significativo na comunidade científica em geral. "