Modelamiento y simulación de nanoestructuras magnéticas granulares

Por medio de técnicas computacionales fue posible simular las propiedades físicas de los materiales magnéticos nanogranulares con parámetros ajustados al rango experimental. El modelado a diferentes volúmenes de partícula entregó información acerca de las variables que producen una tendencia al monodominio por grano. La generación de granos virtuales se ajustó a una distribución lognormal de volumen como se exhibe en los informes experimentales. Se consideraron condiciones de contorno periódicas de crecimiento para el en el plano x-y. Se implementó el potencial de Morse bajo el Método de Monte Carlo para la relajación estructural en los límites de grano. Las interacciones magnéticas se simularon bajo el modelo clásico de Heisenberg, con anisotropía magnetocristalina cúbica, donde las direcciones de anisotropía fueron generadas aleatoriamente para cada grano. Las condiciones de contorno periódicas también se consideraron para los momentos magnéticos en el plano x-y. La dinámica de relajación para obtener estados magnéticos probables se realizó por medio del algoritmo Metrópolis a través del Método Monte Carlo clásico. El hamiltoniano utilizó cuatro componentes: i) la interacción de intercambio a vecinos cercanos, con una dependencia de la magnitud con la distancia ii) las contribuciones de anisotropía magnetocristalinas, de superficie y de límite de grano iii) La influencia del campo magnético externo y iv) el efecto de interacción dipolar. El desorden en las fronteras se introdujo en el Hamiltoniano a través de un vector de anisotropía dependiente de las deformaciones por punto reticular. El efecto de la anisotropía con la temperatura también fue tenido en cuenta. Debido al costo computacional, el código requirió ser paralelizado. La muestra se dividió en celdas con acceso a memoria compartida. La implementación de la interacción dipolar consideró la interacción spin-spin con las celdas vecinas más cercanas y una interacción spin-celda con un radio de corte de 5 réplicas. Los resultados se obtuvieron principalmente de la dependencia de la magnetización con la temperatura y los ciclos de histéresis bajo diferentes condiciones. Se presenta un enfoque especial hacia los procesos de ZFC-FC como función de los parámetros del Hamiltoniano y la estructura de la muestra, donde las temperaturas de bloqueo e irreversibilidad proporcionaron información de escenarios en los que se encuentran estados multidominio. Los resultados permitieron concluir que i) Se pueden encontrar tendencias al monodominio por grano con el incremento del espesor, el volumen del grano y los cambios en los parámetros de anisotropía de frontera ii) Se obtuvo un escenario de cambio de estado de monodominio perpendicular a multi-dominio en el plano mediante el incremento del espesor, generado principalmente por la competencia entre la anisotropía superficial y la interacción dipolar iii) la metaestabilidad en películas con tendencia al monodominio simuladas bajo condiciones similares evidencia que se puede producir un efecto superparamagnético producto del efecto aislante de la anisotropía en las fronteras de grano.

• Autores: Agudelo Giraldo, José Darío
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2018
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/68968
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/68968; http://bdigital.unal.edu.co/70342/
• Palabra clave: 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Nanotecnología; Modelamiento y Simulación; Propiedades Magnéticas; Nanogranular magnetic materials,; Thin films, Monte Carlo; Grain volume; Heisenberg model,; Boundary anisotropy; Superparamegnetic effect; Mono-domain pergrain; Blocking temperature
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional