Temas de interés



Sistemas complejos redes y datos



      Los sistemas complejos presentan un comportamiento macroscópico altamente no lineal que resulta de la estructura de interacciones entre las muchas entidades microscópicas que los componen. Estos sistemas frecuentemente exhiben correlaciones estadísticas temporales y/o espaciales de largo alcance. En la caracterización estadística de estos sistemas es fundamental estudiar el tipo y la estructura de las interacciones. En particular, en muchos sistemas complejos estas estructuras no tienen las simetrías de las redes regulares que son frecuentes en la física sino que presentan diferentes tipos de desorden y/o topologías, razón por la cual son denominadas redes complejas. Aún cuando los sistemas y las redes complejas representan objetos de estudio relativamente nuevos, las técnicas estandares de la física estadística han sido exitosamente adaptadas para estudiar dichos objectos de estudio, tanto en la estructura como en la dinámica, es decir la herramienta teórica por excelencia para su estudio es la física estadística, tanto desde el punto de vista conceptual como metodológico. Los sistemas que que se definen como complejos son extremadamente diversos y provienen de distintas áreas de la ciencia, y en la mayoría de los casos requieren la recopilación y análisis de grandes volúmenes de datos


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Proceso de percolación en una red aleatoria de dos dimensiones (triangulación de Delaunay ) debido a un ataque basado en centralidad por betweenness. [Almeira et al. Chaos, Solitons and Fractals 153 (2021) 111529].




Modelo estocástico para la descripción de tiempo de posesión del balón en partidos de futbol [Chacoma et al. Physical Review E, 102, 042120, (2020)].


Perovskitas y láminas magnéticas ultradelgadas



      Las perovskitas magnéticas multiferroicas son muy estudiadas actualmente dadas sus importantes aplicaciones prácticas como transductores. Un fenómeno importante que ha sido observado en este tipo de sistemas, e.g. YFe(1−x)Cr(x)O3 , es la reversión de la magnetización cuando se enfria el sistema con un campo aplicado y la reorientación de espines que se observa a bajas temperaturas. Estos materiales al igual que muchos otros multiferroicos tienen una estructura de perovskitas con dos subredes una que consiste de cationes de un metal de transición y otra red formada por cationes de tierras raras. Por debajo de una temperatura crítica los iones del metal de transición ordenan sus momentos magnéticos en un orden antiferromagnético.
      Por otra parte, los sistemas magnéticos en forma de láminas ultradelgadas son importantes porque permiten estudiar conceptos importantes del área del nanomagnetismo. Estos sistemas muestran una diversidad de estructuras magnéticas debido a la competencia entre interacciones de corto alcance y las interacciones dipolares de largo alcance. Los patrones observados depiertan mucho interes porque su fenomenología es bastante general al estar presente en muchos otros sistemas que también presetan interacciones competitivas. Las características morfológicas de estas estruturas magnéticas dependen de la relación entre las magnitudes que describen a estas interacciones y de la temperatura. En particular, es de mucho interés el conocimiento de como ocurren las transiciones entre fases que tienen asociadas distintos patrones en función de las variables que caracterizan a las interacciones y la temperatura.


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Configuración de espines en una perovskita YFe(0,5)Cr(0,5)O3 a baja temperatura con una componente ferromagnética débil.






Ancho de fajas en función de la anisotropía cerca de la transición de reorientación de espines. Mediante la introducción de dislocaciones el sistema ajusta el ancho de las fajas de modo que aumente con la anistropía.




Nanopartículas magnéticas



      Las partículas magnéticas de tamaño nanométrico o nanopartículas tienen actualmente muchos campos de aplicación que motivan su estudio experimental y teórico. A su vez, el estudio de las nanopartículas magnéticas es un punto de partida para entender la fenomenología de sistemas magnéticos mas complejos como por ejemplo: la relajación magnética, la estabilidad térmica de sistemas magnéticos, procesos de magnetización, etc. En particular, el estudio de la dinámica de inversión de una nanopartícula magnética es de gran importancia dado que se relaciona con los procesos de grabación en soportes magnéticos y la estabilidad de la información almacenada. En este sentido las simulaciones numéricas de tipo Monte Carlo resultan de gran ayuda para tratar estos problemas en una buena aproximación a los sistemas reales.



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Esquema de estados con diferente orientación magnética en una nanopartícula. Para pasar de un estado al otro el sistema debe superar una barrera de energía.




Trayectoria de la magnetización total m de una nanoparticula que cambia su estado de magnetizaciónmediante un campo magnético aplicado H que es opuesto a la orientación inicial de la magnetización. Esta trayectoria fue obtenida mediante una dinámica de tipo Monte Carlo.



Fenómeno de "Exchange bias"




      Actualmente existe un renovado interés en el estudio del fenómeno de exchange bias que surge principalmente a partir de su importancia en el diseño de valvulas de espín. Si bien este fenómeno fué reportado hace mas de 50 años por Meiklejohn y Bean, cuando estudiaban partículas de cobalto con una capa de oxido, en la actualidad existen numerosos sistemas experimentales donde se observa el fenómeno, quedando muchos aspectos no resueltos en su abordaje teórico y experimental. El fenómeno se manifiesta cuando un sistema inhomogeneo, como por ejemplo uno formado por fase ferromagnética y una antiferromagnética, es enfriado bajo un campo magnético aplicado hasta una temperatura por debajo de la temperatura de Neel del material antiferromagnético, si luego se realiza un lazo de histeresis en general se observa que el lazo se desplaza en dirección opuesta al campo de enfriamiento. Los sistemas en forma de láminas delgadas con una capa ferromagnética y una antiferromagnética se encuentran entre más estudiados dado que en esta forma se emplean en aplicaciones tecnológicas. Algunos modelos analíticos simples dan cuenta de las principales características del fenómeno, sin embargo, una mejor aproximación al problema requiere del empleo de simulaciones numéricas. En particular, los métodos de Monte Carlo son utiles y se emplean frecuentemente como complemento de las simulaciones micromagnéticas.


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Figura 1



Figura 2

Figura 1: Orientación magnética de distintos planos atómicos próximos a la interfase en un sistema de dos láminas, compuesto de una lámina ferromagnética FM y una antiferromagnética AFM . La magnetizacióon rota por la presencia del campo externo aplicado H . En una primera aproximacióon los espines de la lámina FM rotan coherentemente mientras que en la lámina AFM se forma una pared.












Figura 2: Lazos de histéresis obtenidos mediante simulaciones Monte Carlo de un sistema como el de la Fig. 1. Debido al acoplamiento de la capa FM con el AFM el lazo de histéresis se desplaza hacia la izquierda en un valor que se identifica como el campo de bias , HE.







Materiales magnéticos amorfos

      Materiales ferromagnéticos amofos basados en aleaciones de tierras rara y metales de transición, como por ejemplo: TbFe o Dy(x)Gd(1-x)Ni se pueden describir en una buena aproximacióon por el modelo de anisotropía aleatoria (RAM). En este modelo la anisotropía local que experimenta cada ión de tierra rara varia de sitio en sitio debido al acoplamiento del momento orbital (no nulo) de este ión con el campo cristalino que lo rodea, el cual varía de sitio en sitio pués se trata de un material estructuralmente amorfo. El modelo con espines tipo Heisenberg y con anisotropía de sitio aleatoria fue introducido por Harris, Plischke, and Zuckermann y resulta útil para describir una gran variedad de sistemas. Como los iones interactuan por intercambio, iones vecinos tiene orientaciones similares. Aun asi la anistropía aleatoria destruye el orden ferromagnético de largo alcance. Debido al desorden en la anistropía estos sistemas tienen caracterícas similares a los vidrios de espín como por ejemplo: dinámica lenta y presencia de aging, etc. En particular, existen muchos interrogantes sobre la dinámica de relajación de este modelo sin una respuesta satisfactoria.


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Dibujo esquemático que muestra la orientacion de los espines atómicos en un material ferromanégtico amorfo.