Nanoestructuras magnéticas electrodepositadasnuevas geometrías y aplicaciones

Resumen

Las micro y nanoestructuras magnéticas son la base de muchas de las aplicaciones tecnológicas actuales en áreas muy diversas. En particular, los nanohilos ferromagnéticos tienen un potencial enorme en el desarrollo de nanotecnología y, de hecho, se pueden encontrar ejemplos de su utilización como agentes de contraste en imágenes de resonancia magnética, en procesos de liberación controlada de fármacos, en el desarrollo de imanes permanentes o en aplicaciones de sensado. Además, desde el punto de vista de la física fundamental, los nanohilos cilíndricos son una excelente plataforma para el estudio de los nuevos fenómenos físicos relacionados con la nanoescala y, en particular, con los nuevos fenómenos físicos que emergen del magnetismo en sistemas curvilíneos. En esta tesis doctoral, centrada en la síntesis y caracterización de nanohilos electrodepositados, abordamos nuevas estrategias de fabricación que permitan avanzar en ambos campos: desarrollo de nuevas aplicaciones y búsqueda de nuevas propiedades físicas. Una de las principales limitaciones para la incorporación de nanohilos electrodepositados en nuevos dispositivos es la baja producción de material asociado a esta técnica de fabricación. En esta tesis mostramos un nuevo método de síntesis que permite aumentar la producción de nanohilos varios órdenes de magnitud respecto a la producción a escala de laboratorio. Para ello, hemos optimizado los principales parámetros del proceso de electrodeposición y anodización que limitan la cantidad de material obtenido, además de reducir los costes de las materias primas. Como aplicación práctica mostramos la utilización de nanohilos ferromagnéticos, en combinación con nanopartículas de ferrita, para fabricar un prototipo de imán permanente sin tierras raras en su composición. Los nanohilos son el sistema magnético más sencillo en el que aparecen propiedades físicas ligadas al nanomagnetismo tridimensional. Sus propiedades magnéticas pueden controlarse a través de la geometría, de la composición y de la nanoestructuración. En este sentido, en esta tesis doctoral hemos explorado el control de las propiedades magnéticas de nanohilos a través del control de su composición química siguiendo dos estrategias diferentes. Por un lado, hemos explotado la capacidad de la electrodeposición para generar recubrimientos conformes, creando nanohilos formados por multicapas en la dirección radial. La metodología propuesta no tiene limitaciones en cuanto a la composición o número de las capas, más allá de las impuestas por la geometría del sistema. Para ilustrar este desarrollo hemos preparado nanohilos compuestos por dos materiales magnéticos separados por un material no magnético, mostrando que es posible modificar las propiedades magnéticas del sistema a través del control del espesor de la capa no magnética que los separa. Por otro lado, hemos diseñado un método de síntesis que permite generar gradientes de composición a lo largo del eje longitudinal del nanohilo. La introducción de estos gradientes de composición permite modificar gradualmente las propiedades magnéticas lo que afecta a la textura de espín de los nanohilos. Además, la introducción de este gradiente de composición introduce asimetrías en los procesos de imanación colectivos que pueden asociarse a la existencia de un efecto tipo ratchet en el movimiento de las paredes de dominio magnético. La geometría cilíndrica de los nanohilos limita tanto la observación de nuevos fenómenos físicos como el desarrollo de aplicaciones novedosas. Por ello, proponemos un nuevo método de síntesis que permite obtener nanoestructuras tubulares magnéticas con geometrías complejas, no accesibles con las técnicas actualmente existentes basado en combinar la deposición asistida por haz de electrones con la electrodeposición, yendo un paso más lejos en el estudio y control de las propiedades magnéticas de nanoestructuras tridimensionales.