Estudio de las propiedades magnéticas y magnetostrictivas de materiales magnéticos blandos desarrollados mediante tecnologías multicapa. Aplicación a detectores y dispositivos

Resumen

En esta tesis estudiamos experimentalmente la magnetostricción y las propiedades magnéticas y elásticas de películas delgadas y multicapas de material magnético. El primer objetivo es seleccionar materiales magnéticos para generar flexiones en microlengüetas gracias a sus propiedades magnetostrictivas. Se realiza un modelo teórico que permite elegir, entre un conjunto de materiales magnetostrictivos, el más adecuado para una determinada aplicación. Llegamos a la conclusión de que no sólo es importante la constante magnetostrictiva sino también la susceptibilidad magnetostrictiva, las constantes elásticas y la relación de espesores del material magnético y del substrato. Por ello, son todos estos parámetros los que se determinan en los materiales estudiados. Para medir de forma absoluta la magnetostricción (no en relación a una muestra de referencia), se han desarrollado diferentes técnicas y procedimientos de medida basados en métodos ópticos, fabricado y calibrado un dispositivo de medida con el que se estudian diferentes materiales blandos y sus multicapas (FeCoB crecido por sputtering y CoP electrodepositado). También se estudian las propiedades de un material magnéticamente duro pero de magnetostricción gigante (Terfenol). La intención es realizar multicapas alternando el Terfenol con materiales magnéticos blandos para obtener nuevos materiales de propiedades híbridas. El segundo objetivo planteado consiste en emplear microestructuras mecánicas, los materiales estudiados, el dispositivo de medida fabricado y/o los modelos matemáticos desarrollados en el diseño de nuevos sensores micro-electro-mecánicos (MEMS) y en el de un nuevo sistema de identificación por radio-frecuencia (RFID). Se han diseñado y fabricado (sin proceder a su miniaturización) detectores de campo magnético, gradiómetros de campo magnético y un sensor de gases. Se han caracterizado experimentalmente y se estudian sus limitaciones de forma teórica. Por último se diseña, fabrica y comprueba la viabilidad de un nuevo sistema RFID, capaz de trabajar a muy baja frecuencia y no sólo en presencia de metales sino a través de éllos. Se proporciona un modelo teórico, que ha sido contrastado experimentalmente, que permite el diseño optimizado del sistema RFID en una aplicación particular.