Spectroscopy and confocal imaging of complex ferroic systems

Resumen

En las nuevas aplicaciones basadas en sistemas ferroicos a menudo se consideran las paredes de dominio como portadores de la información. Asimismo, la necesidad de satisfacer la ley de Moore requiere una reducción drástica de las dimensiones de los dispositivos a comercializar. Aunque ya existen métodos para estudiar la dinámica de los dominios a nanoescala, éstos son muy lentos y caros, además es muy complicado medir las propiedades magnéticas y eléctricas simultáneamente. Esto crea la necesidad de un método intermedio que ofrezca resolución lateral submicrométrica y cortos tiempos de medición y que, al mismo tiempo, proporcione suficiente información sobre todas las propiedades ferroicas de un sistema. Para solucionar este problema, hemos desarrollado varios métodos ópticos que amplían las posibilidades de caracterización multiferroica. Por un lado, hemos desarrollado un montaje experimental magneto-óptico Kerr que permite trabajar bajo campos eléctricos aplicados in-situ en un rango de frecuencias ajustables. Mediante esta aproximación experimental, hemos podido separar y cuantificar diferentes contribuciones al acoplamiento magnetoeléctrico (mediado por tensión superficial y/o por efectos de superficie) y hemos podido analizar su dinámica específica por separado. Por otro lado, hemos podido obtener una cartografía directa del acoplamiento magnetoeléctrico con una resolución lateral submicrónica, mediante al desarrollo de un microscopio confocal sensible a la polarización de la luz. En experimentos realizados en BTO / LSMO se observaron cambios inducidos por un campo magnético en la respuesta ferroeléctrica en torno al 50% en promedio, con variaciones de hasta un 20 %. Finalmente, hemos estudiado r el origen del aumento de la respuesta magneto-óptica a frecuencias resonantes con plasmones en cristales magnetofotónicos. Estos resultados abren nuevas perspectivas en dispositivos basados en la física de plasmones, con aplicaciones en comunicaciones ópticas y en detección. En esta línea, hemos desarrollado un marco teórico unificado que permite modelar las señales magnetoópticas de soluciones coloidales en un rango amplio de frecuencias en el visible. El modelo que proponemos muestra una excelente concordancia con los datos medidos experimentalmente en soluciones coloidales de nanopartículas de níquel en hexano y en tolueno, utilizando solamente las propiedades ópticas tabuladas de los materiales, sin ajustar ningún parámetro. Estos resultados abren nuevas perspectivas en materiales compuestos metal/dieléctrico, para dispositivos innovadores basados en plasmones, que explotan la polarización de la luz en vez de los cambios en reflectancia óptica.