Transiciones de fase no convencionales en sistemas fuertemente correlacionados

Abstract

La presente tesis está dedicada al estudio de redes de skyrmiones en sistemas bidimensionales de espines incluyendo el efecto de campos magnéticos externos en modelos clásicos ferromagnéticos y antiferromagnéticos no-centrosimétricos. En primer lugar estudiamos el caso ferromagnético incluyendo la interacción de Dzyaloshinski-Moriya y el campo magnético que resultan ser fundamentales para estabilizar una fase de red de skyrmiones. Los estudios analíticos, a temperatura nula, conducen a un diagrama de fases que revela una secuencia de estados fundamentales: fase helicoidal → red de skyrmiones → fase ferromagnética, conforme el campo magnético aumenta. Estos análisis fueron complementados con simulaciones numéricas de Monte Carlo que confirman el esquema de fases incluso a temperatura no nula. Mediante estas simulaciones se predicen plateaux en las curvas de magnetización que son correctamente explicadas en el marco de los estudios analíticos realizados. En segundo lugar se estudiaron las condiciones bajo las cuales las redes de skyrmiones pueden ser estabilizadas en sistemas antiferromagnéticos. En este sentido esta tesis demuestra que la frustración tiene un rol fundamental en la estabilidad de skyrmiones en sistemas antiferromagnéticos. Se observó que las redes de skyrmiones no pueden ser un estado termodinámicamente estable en una red antiferromagnética cuadrada pero si pueden serlo en la red triangular. La textura magnética que emerge en este último sistema es novedosa al estar formada por tres redes de skyrmiones interpenetradas. Finalmente investigamos la conexión topológica entre las redes de skyrmiones en la red antiferromagnética triangular y la presencia de pares de vórtices ℤ<SUB>2</SUB>. Encontramos una conexión directa entre ambos objetos y demostramos la posibilidad de manipular los vórtices ℤ<SUB>2</SUB> por medio de una interación de Dzyaloshinskii-Moriya anisotrópica sin afectar a la estabilidad de la estructura de red de skyrmiones subyacente en el sistema.