Modelado de un sistema magnético bicapa con películas acopladas ferromagnéticamente.

P. S. PAGLIARO; M. A. BAB; G. P. SARACCO

Rio Cuarto

Congreso; Nano 2022; 2022

En  los  úl􀀁mos  años  las  películas  magnéticas  delgadas  multicapa  han  despertado  interés  tanto  teórico  como  experimental.  Esto  es  debido,  por  una  parte,  al  desarrollo  de  técnicas  de  fabricación  que  permiten  obtener  hetero  estructuras  nanométricas  apropiadas  para  aplicaciones  en  nanotecnología  y  espintrónica.  Desde  el  punto  de  vista  teórico  permiten  estudiar  la  frustración  introducida  por  efecto  de  la  competencia  entre  interacciones  de  corto  y  largo  alcance.  Es  conocido  que  las  películas  magnéticas  pueden  presentar  una  fuerte  anisotropía  perpendicular  cuando  su  espesor  decrece  a  escala  nanométrica,  de  tal forma  que  la  anisotropía  magnetocristalina  supera  a  la  anisotropía  de  forma.  Si  películas  ferromagnéticas  son  separadas  por  una  no  magnética,  el  comportamiento  magnético  queda  determinado  por  una  interacción  de  intercambio  entre  capas  (J3)  del  tipo  RKKY,  la  cual  oscila  entre  ferromagnética  y  antiferromagnética.  Está  interacción  decrece  con  el  espesor  del  metal  no  magnético  hasta  ser  suprimida  en  unos  pocos  nanómetros.  El  caso  de  películas  monocapa  presenta  frustración  debido  a  la  competencia  entre  las  interacciones  de  corto  alcance  y  dipolares,  la  cual  lleva  a  la  formación  de  variadas  estructuras  de  dominios.  A  bajas  temperaturas  dichas  estructuras  se  caracterizan  por  fases  tipo  franjas  alternadas,  de  ancho  h  con  magnetización  perpendicular  a  la  película.  A  temperaturas  mayores  presentan  una  transición  hacia  una  fase  donde  se  pierde  el  orden  orientacional,  llamada  tetragonal  líquida  (TL).  En  algunos  casos  aparece  una  fase  intermedia,  entre  la  fase  de  franjas  y  la  TL,  que  mantiene  el  orden  orientacional, pero pierde el orden posicional, llamada nemática (NM).  En  este  trabajo  se  estudiaron  los  estados  de  equilibrio  de  dos  películas  ferromagnéticas  con  fuerte  anisotropía  perpendicular,  acopladas  ferromagnéticamente  (J3>0).  La  fuerte  anisotropía  fue  modelada  mediante  espines  de  Ising  y  el  efecto  del  espesor  de  la  película  no  magnética  variando  el  valor  de  J3.  El  Hamiltoniano  incluye  tanto  los  términos  de  interacción  entre  espines  a  primeros  vecinos  pertenecientes  a  una  misma  capa,  asi  como  entre  capas,  a  la  vez  que  interacciones  dipolares  entre  espines  de  una  misma  capa.  Mediante  simulaciones  Monte  Carlo  se  obtuvieron  los  estados  de  equilibrio  a  distintas  temperaturas  para  diferentes  valores  de  las  constantes  de  intercambio  (J1  y  J2),  manteniendo  fijos  los  valores  de  las  interacciones  dipolares  (g1=g2=1).  Para  considerar  adecuadamente  los  efectos  de  tamaño  finito,debido  al  corte  en  el  alcance  de  las  interacciones  dipolares, se  implementaron  condiciones  de  contorno  periódicas  mediante  sumas  de  Ewald.  Se  consideraron  valores  de  la  relación  entre  las  constantes  de  intercambio  y  dipolar,  tales  que  el  estado  fundamental  corresponde  a  franjas  de  diferente  ancho,  mientras  que  la  constante  de  acoplamiento(J3)  tomó  valores  J3≤(J1+J2)/2.  Las  configuraciones  obtenidas  muestran  una  estrecha  relación  con  aquellas  observadas  en  las  películas  monocapa,  lo  cual  indicaría  que  las  mismas  se  acoplan  fuertemente.  En  efecto,  a  bajas  temperaturas  se  presentan  estructuras  tipo  franjas,  cuyo  ancho  se  corresponde  con  el  estado  fundamental  de  la  capa  de  mayor  constante  de  intercambio.  A  temperaturas  altas,  las  bandas  se  desordenan  presentando  una  transición  a  la  fase  TL.  En  el  caso  particular  de  J3=(J1+J2)/2,  al  aumentar  la  temperatura  el  sistema  presenta  una  transición  intermedia  de  franjas  de  ancho  h  =2  espines  a  franjas  de  ancho  h  =1.  Las  temperaturas  de  transición  y  el  carácter  de  las  transiciones  se  estudiaron  mediante  el  análisis  de  la  evolución  dinámica  del  parámetro  de  orden  y  sus  momentos  en  el  régimen  de  tiempos  cortos.  Los  resultados  serán  discutidos  en  términos  de  su  relación  con  los  reportados  en las películas monocapa.