CONTROL REVERSIBLE DE LA IMANACIÓN MEDIANTE UN CAMPO ELÉCTRICO EN LA INTERFASE ENTRE DOS ÓXIDOS

Investigadores del Grupo de Física de Materiales Complejos (GFMC) de la Universidad Complutense de Madrid, en colaboración con físicos de la UPM, del CSIC y de otros centros de investigación en EEUU y Francia, han descubierto una nueva forma de acoplamiento magnetoeléctrico en las interfases entre óxidos. El trabajo, publicado en Nature Communications, describe la utilización de este nuevo mecanismo de acoplamiento magnetoeléctrico para controlar, eléctricamente, la imanación de los electrodos ferromagnéticos de una unión túnel magnética, y sin la aplicación simultánea de un campo magnético.

Los investigadores del GFMC fabricaron las uniones túnel magnéticas utilizando una capa de PrBa2Cu3O7 como barrera aislante, con espesores entre 2 y 6 nm, entre dos capas magnéticas de La0.7Ca0.3MnO3 utilizadas como electrodos. Las medidas de dicroísmo circular magnético (XMCD) muestran la existencia de un ferromagnetismo inducido en los átomos de Cu próximos a la interfase, aún cuando el estado fundamental en este cuprato sería un orden antiferromagnético. Debido al pequeño espesor de la capa de cuprato, el ferromagnetismo inducido en el Cu se extiende a toda la capa, dando lugar a un acoplamiento magnético (“exchange spring”) entre las dos capas de manganita. Los experimentos de reflectometría de neutrones polarizados muestran que las capas de manganita tienen diferente anisotropía magnética: la capa superior es más dura y con el eje fácil en la dirección [110], mientras que la capa inferior, más blanda, tiene un eje fácil [100]. Al aumentar el voltaje entre los electrodos, y por tanto el campo eléctrico en la unión, la imanación de la capa inferior pasa de estar orientada a lo largo de su eje fácil [100] a orientarse a lo largo del eje [110], es decir paralela a la imanación del electrodo superior, y por tanto a un estado de resistencia eléctrica baja para la unión (ver Figura 1). Los resultados prueban que es posible cambiar de forma reversible entre estos dos estados de resistencia, que corresponden a dos configuraciones magnéticas diferentes, modificando únicamente el voltaje entre los electrodos y además con niveles muy bajos de potencia disipada en la unión túnel.

El descubrimiento abre una nueva vía hacia el control del magnetismo mediante un campo eléctrico, y a su aplicación en la tecnología de almacenamiento de datos en futuros dispositivos de memoria.

(a) Ilustración de las uniones túnel magnéticas fabricadas con tricapas La0.7Ca0.3MnO3 (LCMO)/PrBa2Cu3O7 (PBCO)/ La0.7Ca0.3MnO3 (LCMO) crecidas sobre sustratos de SrTiO3 (STO), y el esquema de las medidas eléctricas utilizado en [1]. (b) Curvas corriente-voltaje (I-V) (barridos en sentido creciente y decreciente) para el estado de alta resistencia ( línea azul) y el estado de baja resistencia ´ (línea roja) a 95 K y sin campo magnético aplicado. La curva que comienza en el estado presenta histéresis, pudiéndose obtener, mediante el control exclusivamente del campo eléctrico aplicado, los estados de alta y baja resistencia en un determinado rango de voltaje. Los esquemas indican la orientación de la imanación de los electrodos inferior (azul) y superior (rojo) en cada caso. GFMC-UCM

(a) Ilustración de las uniones túnel magnéticas fabricadas con tricapas La0.7Ca0.3MnO3 (LCMO)/PrBa2Cu3O7 (PBCO)/ La0.7Ca0.3MnO3 (LCMO) crecidas sobre sustratos de SrTiO3 (STO), y el esquema de las medidas eléctricas utilizado en [1]. (b) Curvas corriente-voltaje (I-V) (barridos en sentido creciente y decreciente) para el estado de alta resistencia ( línea azul) y el estado de baja resistencia ´ (línea roja) a 95 K y sin campo magnético aplicado. La curva que comienza en el estado presenta histéresis, pudiéndose obtener, mediante el control exclusivamente del campo eléctrico aplicado, los estados de alta y baja resistencia en un determinado rango de voltaje. Los esquemas indican la orientación de la imanación de los electrodos inferior (azul) y superior (rojo) en cada caso. GFMC-UCM

F. A. Cuellar, Y. H. Liu, J. Salafranca, N. Nemes, E. Iborra, G. Sanchez-Santolino, M. Varela, M. Garcia Hernandez, J. W. Freeland, M. Zhernenkov, M. R. Fitzsimmons, S. Okamoto, S. J. Pennycook, M. Bibes, A. Barthélémy, S. G. E. te Velthuis, Z. Sefrioui, C. Leon, J. Santamaria, “Reversible electric-field control of magnetization at oxide interfaces”, Nature Commun. 5, 4215 (2014).

Physics of Complex Materials Group (UCM)