El Instituto de Física (IF) de la UNAM cuenta con el primer sistema de espectroscopía magneto-óptica por dispersión Brillouin (BLS, por sus siglas en inglés) en México.
Ubicado en el Laboratorio de Dinámica de Magnetización, en el edificio del Laboratorio Nacional de Espectrometría de Masas con Aceleradores (LEMA), el BLS es el sistema más poderoso en el mundo para el estudio de fenómenos lineales y no lineales de la dinámica de la magnetización.
Sus características permiten analizar, en el dominio de la frecuencia, del espacio y del tiempo, una cantidad inagotable de fenómenos magnéticos, como ondas de espín, precesión magnética, excitaciones magneto-elásticas y resonancia magnética, entre otras.
Las ondas de espín, también llamadas magnones, principal objeto de estudio de este laboratorio, son la propagación coherente de perturbaciones del orden magnético en materiales magnéticos. Sus características especiales en frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación ofrecen funcionalidades atractivas tanto en el área del procesamiento de señales de alta frecuencia como en el estudio de fenómenos de física básica.
En la actualidad uno de los proyectos financiados en este espacio pretende estudiar a detalle la respuesta en frecuencia de medios magnéticos con parámetros no uniformes, a fin de revelar la formación de cristales magnonicos que permitan proponer dispositivos funcionales como filtros supresores de banda sintonizables, amplificadores de ondas de espín y osciladores de microondas.
El principio de operación del BLS se basa en la detección del cambio de energía/frecuencia experimentado por los fotones que interactúan de forma inelástica con las excitaciones magnéticas al atravesar una muestra magnética. La luz dispersada por esa interacción es capturada por un sistema óptico que conduce a los fotones desplazados en frecuencia al interior de un interferómetro Fabry-Perot de seis pasos sintonizable, que se utiliza como un filtro de muy alto factor de calidad.
Las diferentes posiciones de los espejos del interferómetro determinan los canales observados en frecuencia, por lo que se emplea un sistema de piezoeléctricos controlados por computadora para realizar un barrido de la posición de los espejos, lo que habilita la resolución en frecuencia. Posteriormente, la señal transmitida es capturada por un fotodetector o contador de fotones, mostrando así cuántos cambiaron su frecuencia debido a la interacción con los magnones a ciertas frecuencias.
El BLS se encuentra completamente construido y en operación en su configuración básica (resolución en frecuencia), y se espera que con el apoyo de organismos como la DGAPA y CONACYT se puedan implementar, en los próximos meses, las resoluciones espacial automatizada, temporal y microscópica.
César Leonardo Ordóñez Romero, responsable del Laboratorio de Dinámica de Magnetización, refirió que un sistema BLS completo permitirá estudiar a detalle fenómenos de amplio interés científico como la condensación de Bose-Einstein de magnones, la excitación y propagación de solitones magnéticos y el desdoblamiento y confluencia no lineal de magnones, entre otros.
En ese laboratorio, además del sistema BLS, se cuenta con uno complementario basado en una microsonda magnetoinductiva, que permiten analizar con cierto detalle la excitación, propagación y evolución de las ondas de espín en diferentes medios magnéticos.
Sus prestaciones en resolución temporal y el sistema de posicionamiento controlado por computadora, permiten a este sistema obtener imágenes y videos de la propagación de las ondas de espín en tiempo real, capacidades que en la actualidad son fundamentales para el estudio de las excitaciones magnéticas en medios microestructurados de parámetros no uniformes.
Ordóñez Romero explicó que debido a que el BLS y, en general, todos los sistemas experimentales usados en laboratorio no son instrumentos comerciales, la implementación ha hecho uso constante del apoyo de estudiantes y colaboradores tanto en el diseño como en el desarrollo de dispositivos ópticos, de control y automatización, electrónicos, de microondas y mecánicos.
Sus alumnos han desarrollado antenas microcinta de excitación de ondas de espín, amplificadores de microondas, osciladores de microondas sintonizables y sistemas de automatización mecatrónica.
El universitario, quien al terminar su doctorado en el CCADET en 2006 se integró a la Universidad Estatal de Colorado, Estados Unidos, donde tuvo la oportunidad de trabajar con Carl Patton y Boris Kalinikos, dijo que a su regreso a México uno de sus sueños era construir un laboratorio que contara con el estado de arte en sistemas de experimentación magnónica, logro que le ha costado varios años, pero al fin es una realidad.
Actualmente mantiene colaboración con el CCADET y con las universidades Estatal de Colorado y Electrotécnica de San Petersburgo, Rusia, entre otras. Confía tener en breve visitas y la participación de colegas y alumnos de otras casas de estudio del país y extranjeras, que compartan la misma pasión por estas áreas de la física.
Su grupo está formado por Zoraida Lazcano Ortiz (posdoctorado); Iván Gómez Arista (doctorado); Cristian Rodríguez Reyes (maestría); Marco Giovanni Flores Gámez (licenciatura) y Melisa Aguilar Huerta (servicio social), todos ellos parte del proyecto PAPIIT 1N103915.
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