Transporte dependiente de espín en estructuras de magnetorresistencia gigante con capas delgadas de gadolinio

La investigación realizada en este trabajo de tesis se ha centrado en la caracterización y optimización del sistema Fe/Gd/Fe y en el estudio de su efecto en el transporte dependiente de espín y en la transferencia de espín (STT) en dispositivos magnéticos. El fenómeno de STT, uno de los grandes descubrimientos de la espintrónica, se basa en la transferencia de momento angular de una corriente polarizada de espín a la imanación local de un material magnético. Este efecto se traduce en que una corriente polarizada de espín puede provocar variaciones en la imanación del material sin necesidad de campo magnético aplicado. Este fenómeno necesita una densidad de corriente muy alta, de manera que sus efectos solo se observan en dispositivos de tamaño nanométrico a partir de la llamada densidad de corriente crítica. El STT tiene un gran potencial tecnológico para distintas aplicaciones, como emisores de radiofrecuencia para comunicación in-chip o memorias magnéticas alternativas, en que se podría leer y escribir la información únicamente mediante corriente, sin necesidad de aplicar campo magnético ni utilizar bobinas de detección. Desde el punto de vista de este tipo de aplicaciones hay un gran interés en disminuir la densidad de corriente crítica a la que empieza a observarse el efecto. Sin embargo, hay otro tipo de dispositivos en que el STT supone un problema o factor limitante. Este es el caso de las cabezas lectoras de ordenador, en las que a partir de la densidad de corriente crítica aparece ruido e inestabilidad adicional en la señal inducidos por STT, lo que limita su sensibilidad. Para este tipo de aplicación, se desea por tanto que la corriente crítica a partir de la cual aparece ruido e inestabilidad adicional en la señal sea tan grande como sea posible. El Gd (y especialmente el sistema Fe/Gd/Fe) tiene unas características muy particulares con potencial para afectar varias propiedades relacionadas con la densidad de corriente crítica de un dispositivo de STT. Por este motivo, resulta interesante introducir la tricapa Fe/Gd/Fe en la capa libre de este tipo de dispositivos y estudiar cómo afecta a su estabilidad. Para ello, una primera parte del trabajo se ha centrado en la exhaustiva caracterización del sistema Fe/Gd/Fe y la optimización de sus propiedades de cara a su introducción en la capa libre de dispositivos de STT. Por otro lado, la intención final es alterar o controlar el efecto de transferencia de espín en un dispositivo afectando lo menos posible al resto de las propiedades intrínsecas de su funcionamiento (por ejemplo, al valor de su magnetorresistencia). Por tanto, ha sido necesario estudiar los efectos del sistema Fe/Gd/Fe en el transporte de espín y determinar la manera de introducir la tricapa en el dispositivo optimizando el resto de sus propiedades o afectándolas lo menos posible. Finalmente, hemos introducido el sistema Fe/Gd/Fe en la capa libre de nanodispositivos y hemos estudiado su efecto en la corriente crítica de inestabilidad por STT. Los resultados muestran que estas tricapas Fe/Gd/Fe pueden suponer una solución potencial para los problemas de estabilidad de algunos nanodispositivos magnéticos como las cabezas lectoras magnéticas.

Formation energy of vacancies in FeCr alloys: Dependence on Cr concentration

A modified version of the concentration-dependent model (CDM) potential (A. Caro et al., Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 075702) [1] has been developed to study defects in Fe–Cr for different Crconcentrations. A comparison between this new potential and DFT results for a variety of point defect configurations is performed in order to test its reliability for radiation damage studies. The effect of Crconcentration on the vacancyformationenergy in Fe–Cr alloys is analyzed in detail. This study shows a linear dependence of the vacancyformationenergy on Crconcentration for values above 6% of Cr. However, the formationenergy deviates from the linear interpolation in the region below 6% Crconcentration. In order to understand this behavior, the influence of the relative positions between Cr atoms and vacant sites on the vacancyformationenergy has been studied.

Object Kinetic Monte Carlo calculations of irradiated Fe-Cr dilute alloys: The effect of the interaction radius between substitutional Cr and self-interstitial Fe

ObjectKineticMonteCarlo models allow for the study of the evolution of the damage created by irradiation to time scales that are comparable to those achieved experimentally. Therefore, the essential ObjectKineticMonteCarlo parameters can be validated through comparison with experiments. However, this validation is not trivial since a large number of parameters is necessary, including migration energies of point defects and their clusters, binding energies of point defects in clusters, as well as the interactionradii. This is particularly cumbersome when describing an alloy, such as the Fe–Cr system, which is of interest for fusion energy applications. In this work we describe an ObjectKineticMonteCarlo model for Fe–Cr alloys in the dilute limit. The parameters used in the model come either from density functional theory calculations or from empirical interatomic potentials. This model is used to reproduce isochronal resistivity recovery experiments of electron irradiateddiluteFe–Cr alloys performed by Abe and Kuramoto. The comparison between the calculated results and the experiments reveal that an important parameter is the capture radius between substitutionalCr and self-interstitialFe atoms. A parametric study is presented on the effect of the capture radius on the simulated recovery curves.

IFMIF suitability for evaluation of fusion functional materials

The International FusionMaterials Irradiation Facility (IFMIF) is a future neutron source based on the D-Li stripping reaction, planned to test candidate fusionmaterials at relevant fusion irradiation conditions. During the design of IFMIF special attention was paid to the structural materials for the blanket and first wall, because they will be exposed to the most severe irradiation conditions in a fusion reactor. Also the irradiation of candidate materials for solid breeder blankets is planned in the IFMIF reference design. This paper focuses on the assessment of the suitability of IFMIF irradiation conditions for testing functionalmaterials to be used in liquid blankets and diagnostics systems, since they are been also considered within IFMIF objectives. The study has been based on the analysis and comparison of the main expected irradiation parameters in IFMIF and DEMO reactor.

Sostenibilidad energética a largo plazo. El papel de la fusión nuclear

En este artículo se realiza una disertación sobre la sostenibilidad energética y la contribución de las diferentes energías a ella, analizando con especial énfasis el papel que desempeña la fusión nuclear en el desarrollo sostenible

Potential common radiation problems for components and diagnostics in future magnetic and inertial confinement fusion devices

This work aims at identifying commonpotentialproblems that futurefusiondevices will encounter for both magnetic and inertialconfinement approaches in order to promote joint efforts and to avoid duplication of research. Firstly, a comparison of radiation environments found in both fusion reaction chambers will be presented. Then, wall materials, optical components, cables and electronics will be discussed, pointing to possible future areas of common research. Finally, a brief discussion of experimental techniques available to simulate the radiation effect on materials is included

The role of spatial and temporal radiation deposition in inertial fusion chambers: the case of HiPER¿

The first wall armour for the reactor chamber of HiPER will have to face short energy pulses of 5 to 20 MJ mostly in the form of x-rays and charged particles at a repetition rate of 5–10 Hz. Armour material and chamber dimensions have to be chosen to avoid/minimize damage to the chamber, ensuring the proper functioning of the facility during its planned lifetime. The maximum energy fluence that the armour can withstand without risk of failure, is determined by temporal and spatial deposition of the radiation energy inside the material. In this paper, simulations on the thermal effect of the radiation–armour interaction are carried out with an increasing definition of the temporal and spatial deposition of energy to prove their influence on the final results. These calculations will lead us to present the first values of the thermo-mechanical behaviour of the tungsten armour designed for the HiPER project under a shock ignition target of 48 MJ. The results will show that only the crossing of the plasticity limit in the first few micrometres might be a threat after thousands of shots for the survivability of the armour.