Frustración en películas magnéticas acopladas debida a la competencia entre interacciones de intercambio y dipolares

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

Congreso; XVIII Taller Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada; 2021

La observaciónexperimental de dominios modulados tipo bandas de espines alternados en películasferromagnéticas delgadas ha sido reportada cuando existe una componente de laanisotropía perpendicular y se cumple que está sea mayor a la anisotropía deforma. En el caso contrario, existe una transición de reorientación de unestado de magnetización planar al modulado por encima de un espesor crítico. Elcaso de películas fuertemente anisotrópicas ha sido modelado con el modelo deIsing ferromagnético bidimensional con interacciones dipolares. Laincorporación del término dipolar introduce frustración, cuyo origen no es el  desorden en las constantes de intercambio o la estructura sino la competenciaentre interacciones. Esto rompe el orden ferromagnético y lleva a estructurasde dominios con magnetización nula. El diagrama de fases en su mayor parte hasido determinado por simulaciones Monte Carlo e incluye a bajas temperaturaslas fases antiferromagnética y de bandas de ancho hn, done n seincrementa con la relación entre las constantes de intercambio y dipolar. Atemperaturas altas se producen transiciones hacia la fase tetragonal líquida (TL),ya sea en forma directa o a través de una fase intermedia nemática (NM), lascuales pueden ser de primer orden, continuas o topológicas de Kosterlitz-Thoulessdependiendo del valor del parámetro. Centrando la atención en multicapas, losefectos de las interacciones entre capas magnéticas llevan, entre otras cosas,a estructuras de dominios modulados superpuestos. Cuando las películas ferromagnéticascon anisotropía perpendicular son separadas por una no-magnética, elacoplamiento de intercambio oscila entre ferromagnético y antiferromagnéticodependiendo del espesor de la película no-magnética. En este trabajo se simulóuna película magnética multicapa constituida por dos capas ferromagnéticascaracterizadas por una fuerte anisotropía perpendicular, separadas por una capano-magnética. Se planteó un modelo de espines tipo Ising que incluyeinteracciones de intercambio ferromagnéticas (J1=1,J2=2)y dipolares (g1=g2=1) dentro de cada capa y unacoplamiento a primeros vecinos (J12) que varió entre ferro yantiferromagnético. Esto último tiene como objetivo emular diferentes espesoresde la capa no-magnética. La constante dipolar entre capas magnéticas fue fijadaen g12=0, lo cual implica considerar un campo disperso nulo comoconsecuencia del carácter bidimensional del modelo. La evolución dinámica hacialos estados de equilibrio a cada T, se realizó mediante simulaciones MonteCarlo con el algoritmo Metrópolis y condiciones periódicas de contorno usandosumas de Ewald. Para valores de |J12|≤(J1+ J2)/2el estado fundamental se correspondió en cada capa magnética con aquel de lamonocapa con constante de intercambio J2, pero acopladas ferro oantiferromagneticamente dependiendo del signo de J12. A temperaturasaltas, las bandas se desordenan presentando una transición con ruptura delorden orientacional, TL, como en el caso de las monocapas. En el caso |J12|=(J1+J2)/2, la transición ocurre a través de una fase intermedia debandas que se corresponde con la de la monocapa con constante J1=1.Desde el estudio de la evolución dinámica en el régimen de tiempos cortos, se caracterizaronlas transiciones de fase para cada conjunto de valores J12, J1y J2, centrando la atención en la estabilidad térmica de las fasesobtenidas.