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

PAMELA C. GURUCIAGA; RODOLFO A. BORZI

Bariloche

Congreso; 98° Reunión Nacional de Física; 2013

Asociación Física Argentina

Existe un tipo de materiales y modelos magnéticos frustrados llamados hielos de spin, en los que los momentos magnéticos tipo Ising habitan una red formada por tetraedros que comparten sus vértices. El estado fundamental de estos sistemas es cuasidegenerado, abarcando todas las configuraciones en las que dos de los spines apuntan hacia adentro y los otros dos apuntan hacia afuera de cada tetraedro. Su número crece exponencialmente con el tamaño del sistema, lo que lleva consecuentemente a una entropía finita a temperatura cero, igual a la entropía de Pauling en el hielo convencional. Los defectos en la estructura magnética del estado fundamental (tetraedros con tres spines hacia adentro y sólo uno hacia afuera, o viceversa) se comportan como entidades que interactúan coulombianamente, por lo que se los conoce como monopolos magnéticos. Así, invertir spines resulta equivalente a crear, aniquilar o trasladar cargas magnéticas en una red discreta. En el presente trabajo, estudiamos el alcance de la descripción monopolar de los hielos de spin a través de simulaciones computacionales. Para eso, utilizamos un modelo de momentos magnéticos con interacciones dipolares de rango infinito. De este modo, obtenemos el diagrama de fases como función de la densidad de carga y caracterizamos las transiciones y fases presentes. Vemos que es posible comprender perfectamente este diagrama suponiendo que el material está compuesto por cargas positivas y negativas en lugar de spines, y de hecho presenta un remarcable parecido con los diagramas obtenidos por otros autores para sistemas iónicos en red (esto es, sistemas en los que las cargas son reales, y no manifestaciones del comportamiento colectivo de otros grados de libertad).