Filmes ferromagnéticos ultrafinos são sistemas extremamente interessantes tanto de um ponto de vista da física básica que presentam, com competição entre diferentes tipos de forças entre os spins, quanto pela enorme quantidade de aplicações tecnológicas, dentre as quais sensores magnéticos, cabeçotes de leitura de dados em discos rígidos e memórias magnéticas com magnetização perpendicular.

O Hamiltoniano de um filme fino magnético apresenta quatro interações básicas: interação de troca entre spins (de curto alcance), anisotropia magnetocristalina (efeito da rede cristalina sobre os dipolos magnéticos), interação dipolar magnética (de longo alcance) e eventualmente um termo de campo magnético externo (energia de Zeeman).

Em muitos filmes ultrafinos (entre 1 e 10 monocamadas atómicas) as interações de troca e dipolar são competitivas, isto é, enquanto a interação de troca tem caráter ferromagnético, o que tende a alinhar os spins entre si, a interação dipolar tem caráter antiferromagnético, preferindo um ordenamento com os spins antialinhados. Assim, frente a impossibilidade de satisfazer todas as interações simulaneamente (frustração), o filme muitas vezes não apresenta ordem ferromagnético de longo alcance, surgindo entanto ordens magnéticas mais complexas, semelhantes as presentes em cristais líquidos, como fases de stripes, smécticas, nemáticas, hexáticas, etc.

A complexidade destas fases, com ordenamentos magnéticos em escalas mesoscopicas e formação de padrões complexos, as torna fascinantes objetos de estudo. A observação experimental da magnetização em escalas micro e mesoscópicas exige técnicas de medida de última geração, como microscopia de barredura eletrônica com análise de polarização (SEMPA). Os primeiros experimentos a obter evidências claras das fases tipo cristal líquido em filmes magnéticos datam apenas do início dos anos 90. Seu estudo e interesse vem crescendo constantemente como consequência das aplicações tecnológicas do nanomagnetismo.

Nós trabalhamos em diversos aspectos relacionados ao ordenamento magnético, transições de fases e crescimento de domínios em modelos de filmes ultrafinos, fazendo estudos analíticos e computacionais, em colaboração com grupos teóricos e experimentais, como o Grupo de Física Estatística da Universidade Nacional de Córdoba, Argentina, e o Grupo de Microestrutura do ETH em Zurich.

Algumas das nossas publicações na area:

The Spin Reorientation Transition and Phase Diagram of Ultrathin Ferromagnetic Films

     Marianela Carubelli, Orlando V. Billoni, Santiago Pighin, Sergio A. Cannas, Daniel A. Stariolo and Francisco A. Tamarit
     preprint cond-mat/0712.2426


Langevin simulations of a model for ultrathin magnetic films

        L. Nicolao and D. A. Stariolo

       Phys. Rev. B 76, 054453 (2007)


Ising nematic phase in ultra-thin magnetic films: a Monte Carlo study

        S. A. Cannas, M. F. Michelon, D. A. Stariolo and F. A. Tamarit

       Phys. Rev. B 73, 184425 (2006)


Ultra-thin magnetic films and the structural glass transition: a modelling analogy
      S. A. Cannas, F. A. Tamarit, P. M. Gleiser and D. A. Stariolo

       in "Complexity, metastability and nonextensivity", Eds. C. Beck, G. Benedek, A. Rapisarda and C. Tsallis, p. 220-229, (World Scientific, 2005)

Stripe-tetragonal first order phase transition in ultrathin magnetic films
      
     S. A. Cannas, D. A. Stariolo and F. A. Tamarit

      
Phys. Rev. B 69, 092409 (2004)

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