Oxygen magneto-ionic effects in NiCo-based structures
Aquesta tesi presenta l'estudi dels efectes magneto-iònics en micro i nanoestructures controlades per electròlits basades en òxid de Ni-Co, com a estratègia rellevant per examinar les seves propietats magnètiques amb camps elèctrics. Aquest enfocament contribueix a minimitzar l'ús de corre...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:324952 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/324952 |
| Access Level: | acceso embargado |
| Palabra clave: | Magneto-iònica Magneto-ionics Magneto-iónica Níquel-cobalt Nickel-cobalt Níquel-cobalto Electrodeposició Electrodeposition Electrodeposición Ciències Experimentals |
| Sumario: | Aquesta tesi presenta l'estudi dels efectes magneto-iònics en micro i nanoestructures controlades per electròlits basades en òxid de Ni-Co, com a estratègia rellevant per examinar les seves propietats magnètiques amb camps elèctrics. Aquest enfocament contribueix a minimitzar l'ús de corrents elèctrics en la recerca de nous dispositius espintrònics i memòries magnetoelèctriques eficients energèticament, que satisfacin les enormes demandes energètiques de la societat del segle XXI. Introduïda per primera vegada el 2014, la magneto-iònica és un mecanisme potencial per a la implementació de futurs dispositius de memòria magnètica, ja que permet un control no volàtil i de baixa potència del magnetisme mitjançant l'ús de voltatge per moure ions (com O2- o H+) dins d'un material. A més, eliminar el Pt a les unions túnel magnètiques és vital, ja que els metalls del grup del platí es consideren matèries primeres crítiques. En aquest sentit, les piles multicapa magneto-iòniques de Co/Ni controlades per voltatge sense Pt estan destinades a ser nínxols de mercat clau per al desenvolupament de dispositius d'emmagatzematge de dades magnètiques de baixa potència, com les futures MRAM. Hem investigat dos tipus de sistemes d'òxid de Ni-Co: un consistent en discs densos de mida micromètrica, i l'altre dissenyat amb una relació superfície-volum (S/V) ultra alta, és a dir, mesoporositat. En ambdós casos, el Ni-Co es va electrodepositar primer i després es va sotmetre a un recuit en aire per formar els òxids corresponents. Primer, investiguem microdiscs d'òxid de Ni-Co modelats litogràficament per entendre com les variacions en la relació Co/Ni influeixen en la magneto-iònica d'oxigen. Adaptant la composició de Ni (25-50 at.% Ni) als discs, aconseguim una commutació magnètica OFF-ON-OFF totalment reversible impulsada per camps elèctrics. Les geometries modelades serveixen com a prova de concepte per a la miniaturització de dispositius, mantenint comportaments clau com la commutació ferromagnètica no volàtil i la magneto-iònica dependents de la composició. Els càlculs DFT Ab initio revelen que les diferències en les barreres energètiques de migració d'oxigen (1.24 eV per a CoO vs. 2.17 eV per a NiO) expliquen els voltatges de commutació dependents de la composició. Això emfasitza el paper crític del contingut de Ni en la dificultat per a la mobilitat de l'oxigen. En segon lloc, explorem com la mesoporositat millora el rendiment magneto-iònic. Les pel·lícules d'òxid de Ni-Co mesoporoses (55% at. Ni), fabricades mitjançant electrodeposició assistida per micel·les, seguida de recuit en aire, presenten una resposta magnètica impulsada per voltatge significativament millorada en comparació amb les seves homòlogues denses. L'estructura porosa augmenta la superfície accessible i proporciona canals interconnectats per a la migració d'ions, reduint les barreres de difusió i permetent una commutació redox més ràpida i eficient energèticament. D'altra banda, aquesta tesi també explora la possibilitat de desenvolupar arquitectures multicapa, amb propietats magnètiques ajustables per camp elèctric. Estructures multicapa basades en [Co/Ni], dissenyades per a l'acoblament magnètic entre capes controlat per voltatge, demostren transicions reversibles a temperatura ambient entre estats antiferromagnètics i ferrimagnètics sota l'acció d'un electròlit líquid. La modulació impulsada per voltatge, de l'acoblament d'intercanvi RKKY, sorgeix de la migració controlada d'oxigen. Això permet l'ajustabilitat post-síntesi dels estats magnètics, i revela comportaments de transició addicionals rellevants per als dispositius espintrònics. En conjunt, aquests tres estudis que orbiten al voltant del sistema Ni-Co proporcionen una comprensió completa de com la geometria, la composició i l'arquitectura dels materials es poden ajustar a voluntat per adaptar les respostes magneto-iòniques, per a futurs dispositius magnètics reconfigurables i energèticament eficients. |
|---|