Marisel Di Pietro Martínez – Becaria

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Becaria (CONICET)

Temas de interés

  • El ejemplo más difundido (get it?) para ilustrar los procesos de difusión es el de la gota de tinta que se coloca en el fondo de un vaso de agua. Inicialmente, el color que proporciona la tinta se verá concentrado sólo en donde fue colocada la gota, pero a medida que vaya pasando el tiempo el color se irá esparciendo. En unas horas, una parte del agua estará coloreada y pasados unos días toda el agua del vaso lo estará. Las partículas del pigmento se mueven erráticamente siguiendo lo que se conoce como «random walk«. Si bien no se puede decir en qué dirección se moverá cada una de estas partículas, sí se puede predecir qué distancia se desplazarán en promedio pasado un determinado tiempo.

    Los procesos de difusión se observan en una gran variedad de situaciones, desde sistemas biológicos, como el paso del oxígeno desde los albeolos a la sangre, hasta en economía, como por ejemplo la difusión de una idea en un grupo de personas. Las características difusivas de distintos materiales son de interés en ingeniería y en particular para la metalúrgica.

    Haciendo uso de las herramientas de Física Estadística es posible hacer modelos sencillos que representen la física de estos sistemas [1, 2]. Las aleaciones metálicas son un excelente ejemplo y una fuente de datos experimentales con los cuales se pueden testear los modelos de difusión con los que trabajamos.

    [1] Mean-field approach for diffusion of interacting particles G. Suárez, M. Hoyuelos, and H. Mártin Phys. Rev. E 92, 062118

    [2] Mean-field approach to diffusion with interaction: Darken equation and numerical validation M. Di Pietro Martínez and M. Hoyuelos Phys. Rev. E 98, 022121

    Video: Diffusion v2 20101120.ogv

  • Los sistemas conocidos como hielos de espín fueron estudiados por primera vez en el pirocloro de tierras raras Ho2Ti2O7 por Harris et al. en 1997 [1]. En su estudio, observaron que a bajas temperaturas los espines no se ordenan, indicando así la existencia de una fuerte frustración en el sistema, y por lo tanto, de una degeneración del estado fundamental.

    reglahielo

    De manera similar, en el hielo de agua, el estado de energía más bajo tiene dos protones posicionados cerca del oxígeno y dos protones colocados más lejos, formando un estado “2-in-2-out”. Tales estados se dice que obedecen la regla de hielo, la que puede ser mapeada a un modelo de espín que posea una amplia degeneración de los estados, como resultó ser el caso del Ho2Ti2O7.

    En los últimos ocho años, un nuevo horizonte se ha abierto con la creación de sistemas magnéticos frustrados artificiales. Estos materiales son conjuntos de monodominios de escala nanométrica fabricados mediante litografía, es decir estructuras ferromagnéticas que se comportan como espines de Ising gigantes, dispuestos en los bordes o esquinas de cada tesela. Las interacciones entre estas nanoestructuras pueden ser controladas a través de elecciones apropiadas de sus propiedades geométricas y su ubicación. Uno de estos arreglos, es el ASI cuadrado (del inglés Artificial Spin Ice, hielo de espines artificial), presentado por primera vez por Wang et al. en 2006 [2].

    wangEn la imagen, se muestra a la izquierda la topografía y a la derecha la magnetización. En esta última, pueden verse resaltados tres conjuntos distintos, cada uno correspondiente a un tipo de vértice diferente. En particular, el rosa y el azul cumplen con la llamada regla del hielo, y el verde, no. Propiedades como la dinámica de estos vértices, el efecto del desorden, el comportamiento térmico, la respuesta frente a la aplicación de un campo magnético externo son de nuestro interés, tanto en redes cuadradas como en otros tipos de geometrías. Actualmente, me encuentro haciendo mi doctorado en este tema.

    Nuestro más reciente trabajo sobre este tema puede verse en: Flaw effects on square and kagome artificial spin ice

    [1] M. J. Harris, S. T. Bramwell, D. F. McMorrow, T. Zieske, and K. W. Godfrey. Phys. Rev. Lett., 79:2554, 1997.
    [2] R. F. Wang, C. Nisoli, R. S. Freitas, J. Li, W. McConville, B. J. Cooley, M. S. Lund, N. Samarth, C. Leighton, V. H. Crespi, and P. Schiffer. Nature, 439:303, 2006.
    Imagenes tomadas de arXiv:1306.0825.

  • En sistemas magnéticos, los patrones autoorganizados se originan principalmente a partir de la competencia entre interacciones de corto y largo alcance. Las interacciones de intercambio favorecen que los momentos magnéticos vecinos se orienten en el mismo sentido. Esta interacción resulta entonces la de corto alcance. En cambio, las interacciones dipolares desfavorecen este fenómeno, promoviendo la disposición antiferromagnética entre los momentos. Estas últimas interacciones son de largo alcance.32m097-1_0100.000_txt_real.dat

    Dependiendo de las propiedades del material que se esté estudiando y del campo magnético al que se lo esté sometiendo, se pueden observar distintos patrones magnéticos como las franjas, los laberintos o las burbujas [1], [2]. En las muestras de FeGa, existen un contenido de Ga y un espesor de la muestra críticos a partir de los cuales se puede observar el fenómeno de formación espontánea de los patrones [3].

    Durante mi tesina de grado y mi tesis de maestría estudié junto con investigadores del Laboratorio de Resonancias Magnéticas y el grupo de Teoría de Sólidos del Centro Atómico Bariloche, la formación de patrones de dominio en forma de franjas en películas delgadas de FeGa, tanto desde un punto de vista experimental como desde la teoría. En particular, estudiamos la dinámica de rotación de estos dominios al aplicarles un campo externo perpendicular a las franjas. Este fenómeno es conocido generalmente como anisotropía rotacional.

    Siguiendo este enlace, se puede acceder a la Tesis de Maestría que realicé sobre este tema: Anisotropía magnética rotacional en películas delgadas de Fe_1-xGa_x. / Magnetic rotatable anisotropy in Fe_1-xGa_x thin films.

    [1] E. A. Jagla, Numerical simulations of two-dimensional magnetic domain patterns, Physical Review E 70, 046204 (2004)
    [2] A. Hubert, R. Schäfer, Magnetic Domains, Editorial Springer, Germany (2000)
    [3] M. Barturen et al, Crossover to striped magnetic domains in Fe 1−x Ga x magnetostrictive thin films, Applied Physics Letters 101, 092404 (2012)

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