Marisel Di Pietro Martínez – PhD student

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PhD Student (CONICET)


Interests

  • The most widespread example that is used to illustrate processes of diffusion is the drop of ink that is placed in the bottom of a glass of water. Initially, the color provided by the ink will be concentrated only where the drop was placed, but as time goes by the color will spread. In a few hours, part of the water will be colored and after a few days all the water in the glass will be colored. The pigment particles move erratically following what is known as “random walk“. Although it can not be said in which direction each of these particles will move, it is possible to predict how far they will move on average after a certain time.

    The processes of diffusion are observed in a great variety of situations: from biological systems, such as the passage of oxygen from albeoli to blood, to economy, such as the diffusion of ideas in a group of people. The diffusive characteristics of different materials are of interest in engineering and in particular for metallurgy.

    By making use of Statistical Physics tools, it is possible to make simple models that represent the physics of these systems [1, 2]. The metal alloys are an excellent example and a source of experimental data to use in order to test the diffusion models we propose.

    [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

  • 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.

  • In magnetic systems, self-organized patterns originate mainly from the competition between short and long-range interactions. The exchange interactions favor that the neighboring magnetic moments are oriented in the same direction. This interaction then results in short-range interaction. In contrast, dipolar interactions disfavor this phenomenon, promoting the antiferromagnetic disposition between moments. These last interactions are long-ranged.32m097-1_0100.000_txt_real.dat

    Depending on the properties of the material being studied and the magnetic field to which it is being subjected, different magnetic patterns can be observed such as fringes, labyrinths or bubbles [1], [2]. In FeGa samples, there is a critical Ga content and sample thickness from which the phenomenon of spontaneous pattern formation can be observed [3].

    During my undergraduate thesis and my master’s thesis I studied together with researchers from the Magnetic Resonance Laboratory and the Solid Theory Group of the Bariloche Atomic Center, the formation of stripe-shaped domain patterns in thin films of FeGa, both from an experimental point of view and from theory. In particular, we study the dynamics of rotation of these domains by applying an external field perpendicular to the fringes. This phenomenon is generally known as rotational anisotropy.

    Following this link, you can access the Master’s Thesis I did on this topic:  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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