Orden de carga en un sistema puramente magnético: hielos de spin

PAMELA C. GURUCIAGA; RODOLFO A. BORZI

La Plata

Congreso; XI Congreso Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada (TREFEMAC); 2013

Recientemente, se han encontrado partículas con propiedades análogas a los monopolos magnéticos. No se encuentran en el vacío, sin embargo, sino como entidades que emergen del comportamiento colectivo de los componentes de un tipo de materiales y modelos magnéticos frustrados, llamados hielos de spin. Debido a la frustración de las interacciones presentes, estos sistemas presentan una degeneración del estado fundamental que crece exponencialmente con el tamaño del sistema. Esto da origen a la entropía retenida de Pauling de los hielos de spin, idéntica a la del hielo convencional (existe, de hecho, un mapeo directo entre ambos sistemas, que motiva el nombre "hielos de spin"). Las excitaciones asociadas a los múltiples estados fundamentales son defectos locales en la estructura magnética, que tienen la peculiaridad de interactuar entre sí obedeciendo aproximadamente una ley de Coulomb. Esto las asemeja a cargas magnéticas no conservadas, y de ahí su vinculación con los monopolos magnéticos, con cuatro tipos posibles de carga: positiva o negativa, simple o doble, en ambos casos. La rotación de momentos magnéticos resulta así equivalente a la creación, aniquilación o traslación de monopolos en una red discreta. ¿Hasta qué punto puede extenderse la analogía entre estos monopolos magnéticos y las cargas eléctricas? ¿Será posible la existencia de cristales magnéticos, similares a los cristales iónicos? Para responder estas y otras preguntas, estudiamos los hielos de spin a través de simulaciones computacionales utilizando para ello dos modelos distintos: un modelo sencillo que contempla solamente interacciones entre momentos magnéticos a primeros vecinos, y otro que tiene en cuenta las interacciones dipolares de largo alcance. Estos modelos se reinterpretan como uno de monopolos no interactuantes, el primero, y uno de monopolos que interactúan coulombianamente, el segundo. De este modo, obtenemos los diagramas de fases temperatura vs. densidad de carga magnética en ambos casos, y analizamos las fases y transiciones presentes.