Tesis

El estudio de las propiedades magnéticas en películas delgadas ha dado lugar en las últimas décadas a interesantes desarrollos tecnológicos, como por ejemplo los surgidos a partir del descubrimiento de la magnetorresistencia gigante y magnetorresistencia túnel. En esta línea de pensamiento, las películas delgadas de arseniuro de manganeso ofrecen la posibilidad de fabricar con ellas dispositivos que actúen como moldes magnéticos cuando se los usa como sustrato para películas delgadas de hierro (Fe/MnAs). El funcionamiento de estos potenciales dispositivos ya ha sido encarado experimentalmente, sin embargo para tener un buen control sobre la performance de los mismos hace falta, aún, comprender la física subyacente y determinar las interacciones magnéticas involucradas, especialmente en la interfaz entre ambos materiales. Éste ha sido, precisamente, el objetivo de esta tesis.
Como punto de partida de este trabajo se caracterizó experimentalmente el acoplamiento magnético entre películas delgadas de Fe y MnAs mediante mediciones de resonancia ferromagnética (FMR), obteniéndose resultados novedosos en cuanto a la evolución de la anisotropía magnética del sistema. Los resultados de las mediciones de FMR se describen e interpretan en el marco de la teoría del micromagnetismo observándose el surgimiento de diferentes interacciones magnéticas en función de la temperatura. La evolución de la anisotropía magnética es abordada usando la teoría de la magnetoelasticidad combinada con datos obtenidos a partir de cálculos de primeros principios. También, a partir de cálculos de estructura electrónica, dentro del marco de la teoría de la funcional de la densidad (DFT), se da cuenta del rol que juegan los átomos de As en la interfaz Fe/MnAs en la mediación magnética entre ambos materiales y del débil acoplamiento que se observa en los experimentos por debajo de temperatura ambiente.
Se estudia el caso límite de una monocapa de Fe sobre el sustrato de MnAs, encontrando y prediciendo el surgimiento de una rica nanoestructura bidimensional antiferromagnética compuesta por Fe-As, en la superficie del sistema. Esta nanoestructura, la cual se encuentra prácticamente desacoplada magnéticamente del sustrato, surge a partir de los átomos de arsénico mediando las interacciones magnéticas entre hierros. Estas interacciones son estudiadas y modeladas usando un Hamiltoniano del tipo Heisenberg y se encuentra una dependencia angular característica de interacciones de superintercambio, del mismo orden de magnitud que las que aparecen en pnictidos basados en Fe.
Esta tesis es el fruto de una intensa colaboración teórico-experimental que permitió obtener una descripción integral del sistema en estudio.