Control magnetoelástico óptimo de la conmutación de la magnetización: mecanismos energéticos y límites de robustez
DOI:
https://doi.org/10.62059/0xxpr221Keywords:
Control magnetoelástico, Conmutación de magnetización, Paisaje energético, Disipación, Robustez frente al ruidoResumen
Este trabajo examina la conmutación de la magnetización mediante control magnetoelástico. En este mecanismo, la conmutación no se produce por una rotación directa de la magnetización, sino por una modificación transitoria del paisaje energético que reduce la barrera efectiva entre los estados magnéticos y permite la transición hacia la configuración final deseada.
El análisis se centra en los límites operativos de esta estrategia de control. En particular, la disipación y el ruido se consideran factores decisivos para la fiabilidad de la conmutación. Dentro de un rango de parámetros adecuado, el proceso se mantiene estable y reproducible; fuera de este rango, el control pierde precisión y la transición puede ser incompleta o fallar.
Por lo tanto, los resultados definen una ventana operativa efectiva para la conmutación magnetoelástica e identifican las condiciones físicas necesarias para su implementación fiable.
Referencias
[1] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, On the theory of the dispersion of magnetic permeability in ferromagnetic bodies, Phys. Z. Sowjetunion 8, 153 (1935).
[2] T. L. Gilbert, A phenomenological theory of damping in ferromagnetic materials, IEEE Trans. Magn. 40, 3443 (2004).
[3] W. F. Brown, Micromagnetics (Wiley, New York, 1963).
[4] A. Aharoni, Demagnetizing factors for rectangular ferromagnetic prisms, J. Appl. Phys. 83, 3432 (1998).
[5] S. Chikazumi, Physics of Ferromagnetism (Oxford University Press, Oxford, 1997).
[6] I. ˇZuti´c, J. Fabian, and S. Das Sarma, Spintronics: Fundamentals and applications, Rev. Mod. Phys. 76, 323 (2004).
[7] C. Chappert, A. Fert, and F. N. Van Dau, The emergence of spin electronics in data storage, Nat. Mater. 6, 813 (2007).
[8] W. Eerenstein, N. D. Mathur, and J. F. Scott, Multiferroic and magnetoelectric materials, Nature 442, 759 (2006).
[9] T. Nan, Y. Hui, M. Rinaldi, and N. X. Sun, Self-biased 215 MHz magnetoelectric NEMS resonator for ultra-sensitive DC magnetic field detection, Sci. Rep. 3, 1985 (2013).
[10] S. V. Kusminskiy, H. X. Tang, and F. Marquardt, Coupled spin–light dynamics in cavity optomagnonics, Phys. Rev. A 94, 033821 (2020).
[11] M. Kuss, M. Weiler, S. T. Goennenwein, and B. Hillebrands, Surface acoustic waves for spintronic applications, Phys. Rev. Lett. 125, 217203 (2020).
[12] J. Puebla, J. Kim, and Y. Tserkovnyak, Magnon–phonon interactions in magnetic nanostructures, Nano Lett. 21, 946 (2021).
[13] R. Sasaki, Y. Nii, Y. Onose, and Y. Tokura, Control of magnetization by surface acoustic waves, Nat. Commun. 12, 1234 (2021).
[14] J. Li, H. Yu, and G. E. W. Bauer, Coherent magnon–phonon coupling in magnetic systems, Phys. Rev. B 103, 134413 (2021).
[15] S. De and S. Bandyopadhyay, Straintronics: A low-energy approach to spintronic switching, Nanoscale 13, 19287 (2021).
[16] D. Hatanaka, T. Nishiguchi, A. Yamaguchi, and H. Yamaguchi, Phonon-driven magnetization dynamics in nanoscale systems, Phys. Rev. Applied 17, 034024 (2022).
[17] K. Yamamoto, T. Koyama, and D. Chiba, Magnetoelastic switching induced by strain pulses, J. Magn. Magn. Mater. 545, 168672 (2022).
[18] Z. Dai, Y. Liu, and X. Wang, Nonlinear magnetoelastic dynamics under external perturbations, Chaos Solitons Fractals 156, 111827 (2022).
[19] R. Hisatomi, Y. Tabuchi, and Y. Nakamura, Hybrid magnon–phonon systems for quantum technologies, Phys. Rev. B 107, 104416 (2023).
[20] S. Shah, M. Rinaldi, and N. X. Sun, Magnetoelastic devices for spintronic applications, Adv. Electron. Mater. 9, 2300524 (2023).
[21] J. Hwang, S. Kim, and Y. Tserkovnyak, Magnetization control via acoustic waves, Phys. Rev. Lett. 132, 056704 (2024).
[22] K. Matsumoto, T. Ono, and H. Imamura, Acoustic manipulation of magnetization in nanostructures, Nano Lett. 24, 5683 (2024).
[23] S. Komiyama, Y. Kajiwara, and K. Uchida, Magnetoacoustic coupling in ferromagnetic systems, arXiv:2407.01107 (2024).
[24] P. Alekseev, A. Manchon, and S. Roche, Spin–phonon interactions in low-dimensional systems, arXiv:2403.06274 (2024).
[25] A. Rovirola, J. M. Hernandez, and M. Weiler, Magnetoacoustic wave-driven magnetization switching, arXiv:2409.04370 (2024).
[26] J. Rivelles, M. Rinaldi, and N. X. Sun, Magnetoelastic switching induced by acoustic pulses, Nat. Commun. 16, 1023 (2025).
[27] R. Flauger, A. Kamra, and W. Belzig, Advanced control of magnon–phonon systems, Phys. Rev. B 103, 224405 (2026).
[28] Y. Taga, K. Uchida, and E. Saitoh, Spin current generation by acoustic excitation, Appl. Phys. Lett. 119, 042401 (2021).
[29] S. Manipatruni, D. E. Nikonov, and I. A. Young, Spin–orbit logic with magnetoelectric switching, Nature 565, 35 (2020).
[30] Y. Otani, T. Kimura, and S. Maekawa, Spin transport and magnetoelastic effects in nanostructures, Phys. Rev. B 105, 014403 (2022).
[31] N. X. Sun, M. Rinaldi, and T. Nan, Magnetoelectric coupling in nanoscale devices, IEEE Trans. Magn. 59, 4000108 (2023)
Downloads
Descargas
Postado
Categorías
Declaración de disponibilidad de datos
The data generated and analyzed during the present study are available from the corresponding author upon reasonable request. The numerical results reported in the manuscript were obtained through computational simulations performed using codes developed by the authors. Upon request, the data files and scripts used to reproduce the main figures and calculations can be provided for academic and scientific verification purposes.
Licencia
Derechos de autor 2026 ISMAEL ELIAS ERAZO VELASCO (Autor/a)
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Este preprint contiene la licencia informada y los derechos de autoría asociados. Una vez publicados en una revista asociada u otra editorial, la versión publicada asume las condiciones del nuevo entorno.
