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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