Comportamiento de Fases de un modelo magnético bicapa fuertemente anisotrópico con acoplamiento antiferromagnético

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

Córdoba

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

Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG) - CONICET/UNC

Se estudió el comportamiento de fases de un sistema magnético bicapa, fuertemente anisotrópico, mediante simulaciones computacionales del tipo Monte Carlo. Este sistema está formado por dos redesbidimensionales discretas, superpuestas concéntricamente. En cada una de ellas se implementó el modelo de Ising ferromagnético con interacciones dipolares antiferromagnéticas, y se establecieron condiciones de contorno periódicas usando el esquema de Ewalds para disminuir los efectos de tamaño finito. Las interacciones antiferromagnéticas entre capas se modelaron a corto alcance, a primeros vecinos. De esta manera, la energía total del modelo depende de las constantes de acoplamiento de corto y largo alcance de cada capa J1, J2, g1 y g2 respectivamente, y de la constante de interacción entre capas J3. Además el sistema se puso en contacto con un baño térmico a temperatura T.Se estudió el sistema con los valores J1 = 1, J2 = 2, J3 = -0,5, manteniendo g1 = g2 = 1, para un amplio rango de temperaturas. A temperaturas bajas, se observó que las configuraciones de equilibrio de ambas capas se acoplan antiferromagnéticamente, y mostraron la misma fase ordenada, consistente de franjas de spines alternadas de ancho hn = 2, que corresponde al estado fundamental de una monocapa con J2 = 2. En cambio a temperaturas altas las capas se desacoplaron, dando lugar a una fase del tipo tetragonal líquida (TL) en ambas capas. En estas configuraciones las franjas se intersectan perpendicularmente entre sí. Cabe destacar que estos tipos de fases están presentes en la versión monocapa del mismo modelo.La transición de fase entre ambas configuraciones se investigó utilizando la técnica conocida como dinámica de tiempos cortos (STD), la cual se basa en el análisis de las series temporales de los observables medidos en los primeros pasos de la evolución del sistema, iniciado desde los puntos fijos triviales a T = 0 y T = ∞, respectivamente. Este análisis permite determinar si la transición es de primero o segundo orden, o si se trata del tipo Kosterlitz-Thouless. En el caso de las transiciones de segundo orden, se pueden estimar los exponentes críticos. Los observables medidos fueron el parámetro de orden orientacional, su segundo momento y la susceptibilidad.Los resultados obtenidos sugieren la presencia de una transición de segundo orden entre las fases antes mencionadas, que ocurre aproximadamente la temperatura critica Tc ≈ 0,882 en ambas capas. Sin embargo, no se puede ser concluyente al respecto porque la relación ente exponentes críticos γ/υz, tal que es el exponente crítico de la susceptibilidad, y υ y z son los exponentes críticos en equilibrio y dinámico de la longitud de correlación, respectivamente, no coincidieron cuando se midieron a partir del análisis de las evoluciones antes mencionadas. Por otra parte, el valor de la Tc resultó ser mayor que el encontrado para las transiciones de fase en la versión monocapa del modelo, es decir T1 = 0,395 para J1 = 1, que corresponde a la transición continua hn = 1 → TL, y T2 = 0,805 para J2 = 2, correspondiente a la transición fase nemática → TL que es del tipo Kosterlitz-Thouless. En consecuencia, el sistema bicapa favorece la presencia de la fase ordenada de ancho hn = 2 a temperaturas mayores. Además, la fase nemática que aparece en la monocapa con los valores de la capa 2 no es observada en el caso de la bicapa.