Estudio del efecto Nernst anómalo en películas delgadas de Fe_x Y _(1-x) (Y=Ni; Co) (2025)
El descubrimiento del efecto Nernst anómalo (ANE) ha atraído una creciente atención en el campo de la espincalortrónica, debido a su potencial para aplicaciones en dispositivos termomagnéticos de próxima generación que convierten el calor disipado en voltaje. El efecto ANE se manifiesta como una diferencia de potencial generada a lo largo de un material magnético, producto de la interacción entre su magnetización (M) y un gradiente de temperatura (∇T), que son perpendiculares entre sí. Esta investigación se centra en el estudio del ANE en películas delgadas, con el objetivo de analizar su comportamiento en sistemas basados en hierro. Se prepararon películas delgadas de FeNiB y FeCo mediante deposición por sputtering DC, y se caracterizaron sus propiedades magnéticas utilizando magnetometría de vibración. Esto ayudó a estudios más profundos de las anisotropías magnéticas presentes en las muestras. Adicionalmente, se diseñó y desarrolló un sistema experimental para estimar el coeficiente de conductividad térmica (κ) de diversos sustratos monocristalinos (Si(100), LaAlO3 (100), MgO (100), NdGaO3 (110) y SrTiO3 (100)), utilizados en el crecimiento de películas delgadas, incluyendo una película de FeCo. El sistema experimental empleó módulos Peltier para generar un flujo de calor controlado y termocuplas para medir las fluctuaciones térmicas a lo largo del dispositivo, minimizando la contribución térmica del ambiente. Por otro lado, el estudio de la dinámica de espines depositada en una película delgada de FeCo sobre un sustrato de MgO se realizó mediante resonancia ferromagnética (FMR) a temperatura ambiente. Se determinaron parámetros magnéticos como el factor g, los campos de anisotropía magnética y la magnetización efectiva. La dependencia angular de los espectros de FMR reveló la presencia de una anisotropía uniaxial combinada con una anisotropía cuádruple, lo que fue confirmado por las curvas de histéresis en el plano y fuera del plano, indicando un eje magnético duro fuera del plano. Además, el análisis de la dependencia del ancho de línea de FMR respecto a la orientación del campo magnético y la frecuencia de excitación mostró una constante de amortiguamiento de Gilbert bajo (α ∼ 2.2 × 10−3 ), lo que sugiere que el sistema FeCo/MgO es un candidato prometedor para aplicaciones en espincalortrónica. Para evaluar la respuesta del ANE, se implementó un diseño experimental que incluía celdas Peltier para generar un gradiente térmico controlado. Se midieron los voltajes generados en función de la temperatura y el campo magnético aplicado, permitiendo el cálculo del coeficiente Nernst anómalo, que resultó ser de 0.052 µV/K, indicando una respuesta notable del material al gradiente térmico. El análisis de los datos mostró que las anisotropías magnéticas tienen una influencia significativa en la eficiencia del ANE, sugiriendo que la optimización de estas propiedades podría mejorar el rendimiento de los dispositivos espincalortrónicos. En conclusión, este estudio establece una relación entre las anisotropías magnéticas de las películas delgadas de FeCo y su respuesta al efecto Nernst anómalo, lo que abre nuevas perspectivas para el desarrollo de materiales avanzados en el ámbito de la espincalortrónica y las tecnologías de conversión de energía térmica en energía eléctrica. Los resultados obtenidos proporcionan una base sólida para futuras investigaciones sobre la manipulación de propiedades magnéticas con fines de optimización de dispositivos termomagnéticos.