Las ondas de espín son las excitaciones elementales de momentos magnéticos en materiales magnéticos y pueden tratarse como cuasipartículas llamadas magnones. Se conocen desde hace aproximadamente un siglo en la física del estado sólido, pero su aparición como posibles soluciones innovadoras en nanoelectrónica solo se ha propuesto recientemente. La combinación de ondas de espín y nanomagnetismo ha dado lugar a un campo nuevo y joven en la tecnología de investigación de la espintrónica, llamado "magnónica".
El creciente interés y entusiasmo de este campo de investigación se rige principalmente por las nuevas funcionalidades que ofrecen los dispositivos magnónicos que actualmente no están disponibles en los dispositivos electrónicos convencionales. Por ejemplo, se han propuesto conceptos disruptivos de dispositivos de IA que aprovechan el carácter ondulatorio de los magnones, como por ejemplo arquitecturas masivamente paralelas para computación neuromórfica. La magnonica comparte con la espintrónica muchas de las ventajas clave sobre otras alternativas a las tecnologías tradicionales basadas en semiconductores, como la no-volatilidad, la modulación y sintonización y además también es posible su reconfiguración.
La frecuencia de funcionamiento de los dispositivos magnónicos se puede sintonizar utilizando un campo magnético de polarización, pero dicha sintonización magnética es inherentemente lenta, ruidosa y generalmente se asocia con un gran consumo de energía. Las tecnologías de comunicaciones y computación necesitan una conmutación de la frecuencia de trabajo rápida, lo que demanda nuevos dispositivos para el procesamiento de señales que sean sintonizables. En este contexto, la posibilidad de sintonizar aplicando un campo eléctrico sería mucho más rápida y necesitaría menos potencia.
Por otro lado, la interacción entre la deformación mecánica, es decir, las ondas acústicas, en un material ferromagnético y las ondas de giro fue descrita en 1958 por Kittel. Cuando se aplica tensión a una capa de FM, la deformación da como resultado la modificación del campo magnético interno efectivo del material. Este efecto tiene mucho potencial para su aplicación, por ejemplo, se puede utilizar para ayudar a la conmutación magnética en dispositivos de memoria. Estudios teóricos y experimentales recientes proponen utilizar la tensión para diseñar la capacidad de sintonización de dispositivos magnónicos.
En este proyecto vamos a estudiar el efecto de la deformación en la generación y manipulación de ondas de espín en nanoestructuras magnéticas. Esto abrirá nuevas perspectivas para desarrollar dispositivos magnónicos acoplados donde sea posible la sintonización dual mediante deformación y campo magnético lo que proporcionaría nuevas funcionalidades y nuevas aplicaciones en dispositivos.
Planeamos estudiar el efecto de la deformación en las ondas de espín en capas delgadas, nanoestructuras y redes 2D fabricadas con materiales ferromagnéticos (metales, óxidos y aleaciones). Por su baja amortiguación magnética es de especial interés el granate de hierro ytrio (YIG) que son fabricados por nuestros colaboradores en CNRS-THALES. Usamos técnicas de microondas de alta frecuencia (hasta 26 GHz) como resonancia ferromagnética y el bombeo de espín. Entre otras ideas para aplicar deformación, estamos usando materiales piezoeléctricos que están acoplados por deformación con el sustrato y generan deformaciones mecánicas en la estructura FM, pero también fabricamos las estructuras FM utilizando monocristales piezocerámicos como sustratos.
Finalmente, vamos a explorar el uso de materiales bidimensionales (2DM) en sistemas magnónicos. Se ha demostrado que los materiales con un fuerte acoplamiento espín-órbita (como Pt o Ta) se pueden utilizar para generar y manipular ondas de espín a través del efecto Hall de espín. Nos gustaría utilizar materiales 2D con un alto acoplamiento de espín-órbita y que también sean muy sensibles a la deformación (en particular, planeamos usar los dicalcogenuros como MoS2 o WSe2) y fabricar y estudiar heteroestructuras de tamaño nanométrico 2DM-FM.
