Estudio Monte Carlo sobre las transiciones de fase de un sistema magnético bicapa fuertemente anisotrópico, con acoplamiento ferro o antiferromagnético

P. S. PAGLIARO; J.J. MELO QUINTERO; M. A. BAB; G. P. SARACCO

La Plata

Congreso; XIX Congreso de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada TREFEMAC 2022; 2022

Recientemente, los sistemas magnéticos en la escala nanométrica han adquirido relevancia,debido principalmente a sus potenciales aplicaciones tecnológicas. En especial, los que están formados por varias capas magnéticas interactuantes separadas por elementos no magnéticos o aislantes [1]. En este trabajo se estudiaron, mediante simulaciones Monte Carlo, las transiciones de fase de un sistema bicapa magnético donde el eje de anistropíaes perpendicular al plano de cada capa. Para esto se implementó el modelo de Ising en dos redes cuadradas discretas y superpuestas concéntricamente. De esta forma, en cada capa (1 y 2), se impusieron interacciones de corto alcance ferromagnéticas y dipolares. En consecuencia, la energía del sistema depende de las constantes de acoplamiento J1, J2 (corto alcance), y de g1 y g2 (dipolares). Además se agregó un término de interacción entre capas de corto alcance, el cual depende de la constante J3. La motivación para investigar ambas interacciones se debe a que la interacción entre las capas de un sistema real varía entre ferromagnética o antiferromagnética conforme varía la separación entre ellas. Por otra parte, el sistema se encuentra en contacto con un baño térmico a temperatura T, y se utilizaron condiciones de contorno periódicas con sumas de Ewald. Las constantes se fijaron en J1 = 1, J2 = 1,5, g1 = g2 = 1 y J3 = 1.25. Las conguraciones de equilibrio del sistema para temperaturas en el rango 0 <T <0.42 mostraron que ambas capas se acoplan ferromagneticamente (J3 = 1:25) o antiferromagneticamente (J3 = + -1.25). Los espines se ordenan en franjas alternadas de ancho hn = 2 para ambas capas (fase ordenada). Este tipo de ordenamiento corresponde al estado fundamentaldel sistema monocapa con J2 = 1.5 [2]. Para 0.42 <T < 0.53, los acoplamientos  y la fase ordenada se mantienen, pero en este caso el ancho observado fue hn = 1. Finalmente a T > 0.53 las capas se desacoplan totalmente, dando lugar a una fase tetragonal líquida (TL), que consiste en bandas intersectándose perpendicularmente. En T =1, el sistema se encuentra en el e.stado paramagnético.Las transiciones de fase que se obervaron, es decir h2 - h1 y h1 - TL, se investigaronmediante la técnica conocida como dinámica de tiempos cortos (STD) [3], la cual se basaen el análisis de las series temporales de los observables medidos en los primeros pasos dela evolución del sistema, iniciado desde la fase ordenada en equilibrio a T = 0 (estados fundamentales) y las desordenadas a T = 1 (estado paramagnético), respectivamente.Este análisis permite determinar si la transición es de primero o segundo orden, o si setrata del tipo Kosterlitz-Thouless. En el caso de las transiciones de segundo orden, sepueden estimar los exponentes críticos. Los observables medidos fueron los parámetros deorden orientacional de ancho h1 y h2 los segundos momentos, susceptibilidades y derivadaslogarítimicas para cada capa. Los resultados obtenidos por la STD para ambos casos ferro y antiferromagnético mostraron dos tipos de transiciones distintas. En efecto, se encontró una zo.na de coexistencia de fases para la transición entre bandas h2 -h1. Esta zona es indicativa de una transición de primer orden. En cambio, los resultados de la STD sugieren que la transición h1 -TL es de segundo orden. En este caso, se calcularon los exponentes críticos, y sus resultados fueron comparados con los estimados para la monocapa a los valores correspondientes de  los parámetros de control .