Bombeo cuántico de calor en sistemas electrónicos y nanomecánicos
Liliana Arrachea
Departamento de Física Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires
Los bombeadores cuánticos son dispositivos electrónicos en los que se consigue transporte neto de carga sin la aplicación de una diferencia de potencial explícita. Esto se consigue perturbando localmente un sistema mesoscópico con potenciales dependientes del tiempo de manera periódica. En [1] mostramos que dicho mecanismo puede ser también utilizado para bombear calor y conseguir refrigeración a pequeña escala. Más recientemente [2], mostramos que es posible implementar un mecanismo similar en sistemas nanomecánicos, en los que el bombeo se consigue mediante el transporte de fonones. En esta charla discutiré estos mecanismos.
1. L. Arrachea, M. Moskalets and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. B 75, 245420 [2007]
2. C. Chamon, E. Mucciolo, L. Arrachea and R. Capaz, Phys. Rev. Lett. 106, 135504 [2011]
Dinámica oscilatoria, interacciones competitivas y muchos grados de libertad
Victoria Bekeris
Depto. de Fisica, FCEyN, Universidad de Buenos Aires
Experimentos recientes en suspensiones coloidales sometidas a esfuerzos de corte periódicos [1] parecen indicar que hay una transición de fase dinámica entre estados reversibles e irreversibles. Esta auto-organización dinámica pude observarse en una clase amplia de sistemas fuera del equilibrio, como por ejemplo, partículas con interacciones repulsivas conformando sistemas elásticos forzados en un sustrato con desorden al azar. Realizaciones de éstas incluyen cristales de Wigner, ondas de densidad de carga, arreglos de burbujas magnéticas y también vórtices superconductores. Estos últimos constituyen un sistema modelo para estudiar la gran diversidad de fenómenos que ocurren cuando hay interacciones competitivas y muchos grados de libertad. Describiré lo que hemos aprendido de la dinámica oscilatoria de la red de vórtices en superconductores tipo II arquetípicos de baja [2] y alta temperatura crítica [3], particularmente cerca del desanclaje plástico de la red y de la transición de orden desorden, mediante experimentos globales y simulaciones numéricas. Entre los aspectos mas notables me referiré a efectos de memoria, metaestabilidad marcada por la frecuencia de la excitación, estados fluctuantes, etc.
[1] L. Corté, P. M. Gollub and D. J. Pine, Nature Phys. 4, 420 (2008).
[2] G. Pasquini et al., Phys. Rev. Lett. 100, 247003 (2008), D. Pérez Daroca et al., Phys. Rev. B
81, 184520 (2010), D. Pérez Daroca et al., Phys. Rev. B (2011) en prensa
[3] S. O. Valenzuela et al. Phys Rev Lett. 86, 504 (2002), ibid 84, 4200 (2001) ; G. Pasquini et al.
Phys. Rev. B 71, 14510 (2005) ; G. Pasquini et al. Supercond. Sci. Technol. 19 671, (2006)
Silicio poroso nanoestructurado, caracteristicas y aplicaciones
Raúl Urteaga
Instituto de Tecnología Quíımica (INTEC) CONICET, Facultad de Ingeniería Química, Santa Fe
El silicio poroso (SP) nanoestructurado se prepara por anodizado electroquímico de silicio monocristalino usando un electrolito que contiene flúor. Normalmente se utiliza una solución acuosa de ácido fluorhídrico mezclada con alcohol etílico. Si el anodizado se produce en condiciones adecuadas la estructura resultante es porosa. En particular, se pueden obtener estructuras conformadas por una red de nanocristales aciculares que se entrelazan en una red tipo esponja, y que presentan efectos de confinamiento cuántico. Los átomos de silicio conservan las posiciones del cristal original de partida. El SP posee propiedades interesantes como semiconductor y como cristal fotónico: tanto el gap como las constantes ópticas pueden modelarse a través de las condiciones de preparación, permitiendo la fabricación de dispositivos electrónicos y fotónicos. Posee una gran superficie, que puede funcionalizarse con propósitos específicos. Además, es un material biocompatible. Todas estas propiedades pueden converger en un gran número de aplicaciones. En la charla se presentarán las características más sobresalientes de estas estructuras porosas y algunas de las aplicaciones a las que ha dado lugar.
Cómo mejorar las propiedades magnéticas de las hexaferritas. ¿Es posible competir con imanes de tierras raras?
Paula Bercoff
FAMAF, Argentina
No deja de sorprender el gran incremento en el producto energía (BH)max que se ha conseguido en imanes permanentes a partir del desarrollo de los primeros imanes de SmCo (25 MGOe) en la década del ́70 hasta los actuales imanes de Nd-Fe-B (55 MGOe), muy requeridos en aplicaciones como discos duros, parlantes/auriculares, dínamos, componentes de motores en dispositivos inalámbricos, y otras.
En los últimos años, la producción y exportación de tierras raras (TR) ha provenido casi exclusivamente de China, quien provee más del 90% de la demanda global de estos elementos. Sin embargo, recientemente, los chinos han impuesto medidas regulatorias en la minería, manufactura, procesamiento y exportación de TR, limitando tanto exportaciones como provisiones a industrias locales. Esta política ha hecho resurgir el interés por materiales magnéticos duros alternativos, sobre todo en los países occidentales.
Las ferritas hexagonales o hexaferritas son óxidos con propiedades magnéticas duras, aptas para su uso como imanes permanentes, aunque con menores prestaciones que los imanes de TR. Fueron descubiertas en los laboratorios de Philips en la década del ’50 y desde entonces han sido muy estudiadas. Distintos autores han reportado trabajos en los que tanto la magnetización de saturación como la anisotropía magnetocristalina de finas partículas de ferritas hexagonales aumentan con la sustitución de tierras raras (TR). Sin embargo, la solubilidad de estos iones en la estructura cristalina de estos materiales es muy baja, además de conllevar la formación de fases secundarias que son indeseables si se desea obtener imanes permanentes con propiedades óptimas.
Como las principales fases segregadas son hematita y distintos compuestos de hierro cuando se incrementa la sustitución en las hexaferritas, en distintos trabajos hemos propuesto una formulación no-estequiométrica, deficiente en hierro.
En esta charla exploraremos los resultados obtenidos en muestras no-estequiométricas de hexaferrita de estroncio dopadas con Nd-Co, preparadas por el método de autocombustión. Veremos que las muestras con menor contenido de hierro presentan los mayores valores de magnetización y coercitividad, indicando que los mejores resultados para aplicaciones de esta ferrita se obtendrán con una deficiencia de hierro en la formulación estequiométrica y la adición de Nd-Co en cantidades sustitucionales.
Fluctuación térmica y crossover dimensional en cintas de grafeno corrugadas
Ariel Dobry
Facultad de Ciencias Exactas Ingeniería y Agrimensura, Universidad Nacional de Rosario e Instituto de Física Rosario, Bv. 27 de Febrero 210 bis, 2000 Rosario, Argentina
Estudiamos teóricamente las ondulaciones activadas termicamente en cintas de grafeno. Encontramos un cambio de comportamiento cuando el ancho de la cinta se achica, desde un comportamiento tipo 2D a uno tipo 1D. Mediante un estudio combinado por simulación de Monte Carlo(MC) con un potencial casi-armónico y cálculos analíticos, encontramos que la función de correlación entre las normales a la superficie no cambia el exponente de la ley de potencias válido a largas distancias. Sin embargo la dependencia con el tamaño del cuadrado del desplazamiento por afuera del plano (⟨h2⟩) cambia al ir desde una lámina a una cinta. Mostramos que aparece una nueva ley de escala que refleja un verdadero comportamiento unidimensional, y estimamos que la relación entre las dimensiones laterales donde se produce el cambio es R2D↔1D ≈ 1.609. Concluimos que las cintas deben presentar corrugaciones más importantes que las láminas y discutimos su posible influencia sobre las propiedades electrónicas de cintas de grafeno suspendidas.
Reversión de la magnetización en nanohilos y nanotubos magnéticos
Juan Escrig
Departamento de Física, Universidad de Santiago de Chile, Avda. Ecuador 3493, Santiago, Chile
A medida que las técnicas de fabricación permiten llevar las dimensiones de las estructuras a la nanoescala, la comprensión de los procesos de magnetización de estas nanoestructuras se hace cada vez más importante tanto desde un punto de vista teórico como aplicado.
La magnetización de elementos suficientemente grandes está definida por dominios separados por paredes de dominio. Mediciones sobre nanoestructuras magnéticas pseudo-unidimensionales [1] destacan la importancia de la nucleación y propagación de una pared de dominio entre dominios magnéticos opuestos durante el proceso de reversión de la magnetización. Tres modos ideales de reversión de la magnetización han sido identificados y ocurren dependiendo de la geometría de las partículas. [2,3] Estos mecanismos son conocidos como rotación coherente, C, con todos los momentos magnéticos rotando simultáneamente; pared de vórtice, V, donde los momentos magnéticos invierten su magnetización progresivamente vía la propagación de una pared de dominio tipo vórtice; y pared transversal, T, donde los momentos magnéticos revierten su magnetización progresivamente vía la propagación de una pared de dominio tipo transversal.
Mediante un modelo continuo hemos modelado el proceso de reversión de la magnetización [4,5] pudiendo así entender efectos de tamaño que son observados experimentalmente (por ejemplo, el grosor los nanotubos magnéticos tiene una influencia no-monotónica sobre su campo coercitivo) e interpretarlos como el resultado de una transición entre distintos modos de reversión de la magnetización. Además, esta transición también fue observada cuando aplicamos el campo magnético externo en un ángulo con respecto al eje del nanotubo. [6]
Así, en esta presentación presentaremos un modelo analítico que nos permite investigar la nucleación y propagación de una pared de dominio a lo largo de un nanohilo o nanotubo como función de su geometría. Demostramos además que las interacciones magnetostáticas entre los hilos o tubos son responsables de una disminución de la coercividad [7].
JE agradece al Proyecto Fondecyt 1110784, al Núcleo Milenio Magnetismo Básico y Aplicado P10-061F, y al Financiamiento Basal para Centros Científicos y Tecnológicos de Excelencia.
[1] Wernsdorfer W, Doublin B, Mailly D, Hasselbach K, Benoit A, Meier J, Ansermet J –Ph and Barbara B 1996 Phys. Rev. Lett. 77, 1873.
[2] Hertel R 2002 J. Magn. Magn. Mater 249, 251.
[3] Landeros P, Allende S, Escrig J, Salcedo E, Altbir D and Vogel E E 2007 Appl. Phys. Lett. 90, 102501.
[4] J Escrig, J Bachmann, J Jing, M Daub, D Altbir, and K Nielsch 2008 Phys. Rev. B 77, 214421.
[5] J Bachmann, J Escrig, K Pitzschel, J M Monter Moreno, J Jing, D Gorlitz, D Altbir, and K Nielsch 2009 J. Appl. Phys. 105, 07B521.
[6] O Albrecht, R Zierold, S Allende, J Escrig, C Patzig, B Rauschenbach, K Nielsch, and D. Gorlitz 2011 J. Appl. Phys. 109, 093910.
[7] J Escrig, S Allende, D Altbir, and M Bahiana 2008 Appl. Phys. Lett. 93, 023101.
Magnetic properties of novel nanoparticle systems
M. Knobel, S. K. Sharma, F. Béron and K. R Pirota
Instituto de Fisica Gleb Wataghin, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Campinas, 13.083-859, SP, Brazil
Surface and finite size effects in magnetic nanoparticles are the subject of growing interest in nanoscience both from academic as well as technological point of view. In spite of a large number of investigations, there are still many open questions about the surface and interparticle interactions influence on the internal magnetic order in nanoparticles. In this presentation, this topic will be discussed considering two novel systems consisting of Ni-oxide and Ag@TMFe2O4 (TM = Fe, Co) dimer NPs, prepared by means of alternative synthesis methods. In the first system, three samples of naturally mixed Ni (>100 nm) and NiO (~ 10 nm) were prepared using thermal decomposition of metal precursor in a high boiling point organic solvent with different particle diameters/distributions and concentration of metallic Ni. Exchange bias effect has been observed, and it strongly depends upon both particle diameters and concentration of metallic Ni, achieving the highest value (~2.2 kOe at 5 K) for the pure NiO, while the corresponding value for the sample with maximum concentration of Ni is ~ 0.07 kOe. In the second system, Ag@Fe3O4 and Ag@CoFe2O4 dimer NPs were prepared by a two step process using Ag seeds of size ~ 13.5 nm and it is found that the thermal stabilization of dimer NPs is enhanced, when compared to Fe3O4 and CoFe2O4 nanoparticles. The results are discussed taking into account the role of surface effects and interparticle dipolar interactions on the macroscopic magnetic properties of the nanoparticles.
Ferroelectricidad toroidal: un nuevo ordenamiento de los materiales ferroeléctricos en la nanoescala
Marcelo G. Stachiotti y Marcelo Sepliarsky
Instituto de Física Rosario, Universidad Nacional de Rosario, 27 de Febrero 210 Bis, (2000) Rosario, Argentina
Estudios realizados sobre efectos de tamaño en partículas ultrafinas de óxidos ferroeléctricos han sugerido fuertemente la presencia de un tamaño crítico, que se estima del orden de varias decenas de nanómetros, por debajo del cual el estado ferroeléctrico se torna inestable. Este comportamiento indicaría que los ferroeléctricos no son útiles por debajo de esa dimensión crítica, limitando su importancia en futuras tecnologías. Las nanoestructuras ferroeléctricas también son atractivas desde un punto de vista fundamental, ya que se han puesto de manifiesto características novedosas intrínsecas al tamaño nanométrico, tal como la predicción de estados de vórtices de polarización en nanoestructuras. Los materiales ferroeléctricos en general forman estructuras de dominios para reducir la energía del campo de depolarización. En los sistemas muy pequeños, sin embargo, la formación de las paredes de dominio no es energéticamente favorable, y se ha encontrado que la polarización rota formando un estado de vórtice.
En este trabajo realizamos investigaciones tendientes a determinar el tamaño crítico para la aparición de ferroelectricidad en nanoceldas de PbTiO3 utilizando un modelo atomístico basado en cálculos ab-initio. Los resultados indican que el estado ferroeléctrico puede ser estabilizado en nanopartículas de unas pocas constantes de red de dimensión, siendo la relación de aspecto de la nanoestructura el parámetro clave para la estabilización del estado polar. Mostramos además que la ferroelectricidad en la nanoescala se genera a partir de un ordenamiento geométrico novedoso, el cual involucra transformaciones topológicas que producen el alineamiento de vórtices de polarización formando una especie de doughnut (rosquilla), la cual concentra la región ferroeléctrica en su centro. A esta característica la bautizamos con el nombre de ferroelectricidad toroidal.
Superconducting Behavior of Interfaces in Graphite: A way to room temperature superconductivity?
Pablo Esquinazi
Division of Superconductivity and Magnetism, Linnéstrasse 5, University of Leipzig D-04013 Leipzig, Germany
In the last 10 years several reports speculated on the existence of high-temperature superconductivity in graphite. These speculations are based on the experimental observation of, for example, strong anisotropic superconducting-like magnetization loops in oriented graphite, low-field anomalous hysteresis in the magnetoresistance of micrometer small samples, magnetic-field driven metal-insulator-like transition, quantum oscillations in the magnetoresistance and field driven step-like changes in the resistance measured near internal interfaces. Taking into account the internal microstructure of the usually measured samples, it appears plausible that superconducting domains are located at internal interfaces between crystalline regions inside oriented graphite samples. In my talk I will shortly review the reported hints, discuss recently published studies on the influence of interfaces in the resistivity of graphite as well as evidence for superconductivity at interfaces found in other semiconductors. I will present new studies on specially prepared graphite samples that provide evidence for the existence of Josephson-coupled quasi-two dimensional superconducting regions located at internal interfaces, with critical temperatures above 150K. The whole spectrum of measurements indicates that oriented graphite is a system with metallic-like interfaces, containing non-percolative superconducting domains immersed in a semiconducting graphene-based matrix.
Condiciones de contorno amorfas: una herramienta para el estudio de sistemas desordenados
Tomás S. Grigera
INIFTA – UNLP
Las condiciones de contorno amorfas consisten en estudiar un sistema en condiciones de confinamiento tales que el potencial confinante esta dado por particulas del propio sistema, artificialmente congeladas en posiciones de equilibrio. En los últimos años este esquema se ha revelado como una herramienta conceptual y numérica muy útil para el estudio de líquidos sobreenfriados, permitiendo entre otras cosas determinar una longitud de correlación estática imposible de detectar de otra manera. En esta charla discutiremos la definición teórica así como la implementación numérica de las condiciones de contorno amorfas y reseñaremos los principales resultados obtenidos úlitmamente.
Interferencia destructiva y efecto Kondo en transporte de no equlibrio en nanoestructuras
P. Roura-Bas, L. Tosi, A. A. Aligia, and K. Hallberg
Centro Atomico Bariloche, CNEA
Se calcula la corriente eléctrica a través de sistemas nanoscópicos, cuyo espectro de baja energía consiste en un singlete de espín N electrones y dos dobletes con N ± 1 electrones, acoplados a dos conductores en forma asimétrica, de modo que los dos canales de transmisión interfieren en forma destructiva. El modelo describe el transporte a voltajes finitos pero pequeños, a través de distintos sistemas, tales como moléculas aromáticas, y diferentes geometrías de puntos cuánticos y anillos atravesados por un flujo magnético. Como consecuencia de la interrelación entre efecto Kondo e interferencia, encontramos cambios en varios órdenes de magnitud en la conductancia y su dependencia con la temperatura, cuando el desdoblamiento entre los dos niveles se cambia mediante una acción externa. La conductancia diferencial a voltaje finito es negativa para algunos parámetros.
Inestabilidades del líquido de Landau-Fermi
Daniel Cabra
UNLaPlata, Argentina
Presentamos un metodo para detectar inestabilidades de un liquido de Landau-Fermi aplicable a sistemas bidimensionales en redes arbitrarias. Este metodo puede ser utilizado para el estudio de sistemas con grados de libertad internos como el espin, numero de bandas, etc. Permite ademas estudiar las inestabilidades en funcion de la temperatura y caracterizar asi el diagrama de fases. Esta tecnica es particularmente efectiva para el estudio de modelos microscopicos realistas, relevantes en la descripcion de la transiciones de un liquido de Fermi a una fase nematica, como las observadas en cupratos, rutenatos, etc.
Magnetostricción gigante en manganitas
V. F. Correa, N. Haberkorn, G. Nieva, D. J. García, B. Alascio
Centro Atómico Bariloche
Título: Los óxidos de manganeso llamados manganitas son perovskitas ampliamente conocidas por sus propiedades magnetorresistivas: la resistividad eléctrica puede cambiar varios órdenes de magnitud en presencia de un campo magnético, externo o interno; efecto que se conoce como magnetorresistencia colosal (MRC). No es, sin embargo, la única propiedad mayúscula que poseen. Aunque menos conocida que la MRC, también muestran lo que se conoce como magnetostricción gigante (MSG): el volumen y, en algunos casos, la estructura cristalina cambian notablemente en presencia de un campo magnético. Ambos efectos, MRC y MSG, se encuentran relacionados y son particularmente notorios alrededor de la temperatura de orden magnética del Mn. Esta correlación entre grados de libertad magnéticos, electrónicos y estructurales es producto de diferentes interacciones como el doble intercambio y el efecto Jahn-Teller, ambos asociados al ión Mn. La manganita Gd2/3Ca1/3MnO3 es un aislante en todo el rango de temperatura y presenta una magnetorresistencia moderada. Ambos iones magnéticos (Gd y Mn) se ordenan antiparalelamente entre ellos dando lugar a un ferrimagneto. A pesar que las propiedades magnéticas y electrónicas no muestran ninguna característica significativa, la magnetostricción muestra un comportamiento singular: la dependencia monótona del tamaño del cristal con el campo magnético observada a altas temperaturas se vuelve no monótona por debajo de 15 K.
Contrariamente al enfoque tradicional en manganitas, nuestros resultados muestran que la contribución a la MSG de orbitales f puede ser tan relevante como la de los orbitales d.
En esta charla revisaremos las generalidades de la MSG para discutir luego las propiedades magnéticas y magnetostrictivas del compuesto Gd2/3Ca1/3MnO3. Veremos que las mismas pueden entenderse a partir de un modelo simple de campo medio donde la energía magnética compite con la energía elástica.
Uso de la técnica de absorción de rayos x con incidencia rasante para el estudio de estructura local en función de la profundidad en películas de óxidos
Claudia E. Rodríguez Torres
IFLP-Dpto de Física, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata-CONICET
Las películas delgadas de óxidos semiconductores en arreglos de multicapas con componentes conductores y magnéticos presentan un creciente interés debido a la capacidad de manipular el espín electrónico y a la manifestación de otras nuevas propiedades. El campo de las nanoestructuras magnéticas ha devenido un área central de la ciencia de la materia condensada que recientemente ha conducido al desarrollo de un nuevo aspecto de la electrónica llamado ‘espintrónica’. Muchas de las propiedades magnéticas y de transporte están fuertemente influenciadas por la existencia de superficies e interfases por lo que el estudio de las propiedades macroscópicas requiere un conocimiento claro de las propiedades estructurales en la nanoescala y de técnicas capaces de ser selectivas a la profundidad.
En este sentido, la versatilidad de geometrías y esquemas de detección posibles en relación con la Espectroscopía de Absorción de Rayos X (XAS), provee una herramienta adicional para el análisis de la estructura local. Puesto que la profundidad de penetración de los rayos X es fuertemente dependiente del ángulo de incidencia, incidiendo con ángulos próximos al crítico para la reflexión total es posible tener información sobre la estructura local en la superficie y variando el ángulo de incidencia tener un estudio del perfil en función de la misma. El empleo de XAS utilizando incidencia rasante (GI-XAS) permite obtener información de la estructura local como función de la profundidad.
Aquí, presentaremos los resultados obtenidos utilizando GI-XAS, empleando equipamiento disponible en la línea de fluorescencia XRF del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (Campinas, Brasil), aplicada al estudio de películas de óxidos tales como TiO2 y SnO2 dopados con Co y ferritas de Zn. Se discutirá la relación entre la información obtenida con esta técnica y las propiedades magnéticas de estos dos sistemas.
AC fields for a new breed of carbon-based devices
Luis Foa
FAMAF, Argentina
More than a century ago, the use of alternating currents (ac) sparked a revolution that changed our modern world. Today, the use of ac fields has reached the nanoscale. Here, the interplay between the quantum coherence of the electrons, inelastic effects and dynamical symmetry breaking offers fascinating opportunities for basic research and applications. The interest on time-dependent excitations by electromagnetic fields or gate voltages has been steadily growing [1] and many captivating phenomena such as photon-assisted tunneling, coherent destruction of tunnelling [2] and quantum charge pumping [3] have been unveiled.
Graphene and carbon nanotubes offer an outstanding ground for these studies. Here we give a brief overview of our recent research on driven electronic transport in these materials [4,5,6]. We will try to shed light on questions such as: Is it possible to use ac fields to control the electric response (current and noise)? Could we achieve tunable bandgaps in graphene through these excitations?
[1] S. Kohler, J. Lehmann, and P. Hanggi, Phys. Rep. 406, 379 (2005).
[2] F. Grossmann, T. Dittrich, P. Jung, and P. Hanggi, Phys. Rev. Lett. 67, 516 (1991).
[3] D. J. Thouless, Phys. Rev. B 27, 6083 (1983); M. D. Blumenthal et al., Nat. Phys. 3, 343 (2007); B. Kaestner et al., Phys. Rev. B 77, 153301 (2008); B. Kaestner et al., Appl. Phys. Lett. 94, 012106 (2009).
[4] L. E. F. Foa Torres, G. Cuniberti, Appl. Phys. Lett. 94, 222103 (2009); C. G. Rocha, L. E. F. Foa Torres and G. Cuniberti Phys. Rev. B 81, 115435 (2010).
[5] H. L. Calvo, H. M. Pastawski, S. Roche, and L. E. F. Foa Torres, Appl. Phys. Lett. 98, 232103 (2011).
[6] L. E. F. Foa Torres, H. L. Calvo, C. G. Rocha, G. Cuniberti, to appear in Appl. Phys. Lett. (2011); full list of related publications available at http://nanocarbon.famaf.unc.edu.ar/
Critical thickness investigation of magnetic properties in exchange-coupled bilayers
Roberto Rodríguez
Univ. Pontificia de Chile
When a ferromagnet (FM) is coupled to an antiferromagnetic (AF) material, the exchange coupling between FM and AF spins at the interface establishes a unidirectional anisotropy in the ferromagnetic medium. This effect, discovered 60 years ago by Meiklejohn and Bean [1] is known as exchange bias (EB). Meanwhile, almost all current magnetic information storage systems utilize the EB effect [2-3]. Consequently, due to its importance for technological applications, there has been a growing interest for industries to engineer the behavior of magneto-electronic devices. In this sense, is desirable to tune in a controllable fashion the magnetic properties of FM thin films and exchange biased FM/AF bilayers. Among the important parameters that can be tuned are, the exchange bias (the shift of the hysteresis loop along the field axis), the coercivity (i.e, the half-width of the magnetic hysteresis loop), the relative orientation between the FM and AF easy axes and even the relaxation mechanisms of the magnetization.
In this work we present a systematic investigation of magnetic properties in polycrystalline FM/AF bilayers as a function of the AF layer thickness. Ferromagnetic resonance (FMR) was used to measure the exchange bias field HE, the rotatable anisotropy field HRA and the FMR linewidth ΔH as a function of the antiferromagnetic layer thickness tAF.The angular dependences of the FMR resonance field and linewidth are analyzed by the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation. It is found that the in-plane angular dependence of the FMR linewidths can be described by a superposition of different mechanisms such as: the intrinsic Gilbert damping effect, the magnetic inhomogeneity and the two-magnon scattering. By investigating the in-plane dependence of the FMR linewidth for a series of Py(10nm)/IrMn(tAF) we are able to separate the contribution of the different relaxation mechanisms to the magnetization damping. For instance, in the low tAF regime (below the EB onset), the H rising is mainly associated to the presence of the two-magnon scattering process. The analysis carried out in this work is certainly relevant for the understanding of the magnetization dynamics in exchange bias polycrystalline thin films.
References
[1] W. H. Meiklejohn and C. P. Bean, Phys. Rev. 102, 1413 (1956).
[2] J. Nogués and I. K. Schuller, J. Magn. Magn. Mater. 192, 203 (1999).
[6] M. Kiwi, J. Magn. Magn. Mater. 234, 584 (2001).
IMAGING WITH SYNCHROTRON RADIATION IN THE X-RAY AND THE INFRARED
Yves Petroff
LNLS-CAMPINAS-BRASIL
X-Ray
Three-dimensional (3D) X-ray imaging methods have advanced tremendously during recent years. Traditional tomography uses absorption as the contrast mechanism, but for many purposes its sensitivity is limited. The introduction of diffraction, small-angle scattering, refraction, and mostly phase contrast has increased the sensitivity, especially in materials composed of light elements (for example, carbon, hydrogen and oxygen).
Phase contrast imaging with of 0.15 μm resolution is to day routinely achieved at various synchrotrons, with few experiments reaching 60 nm. In addition, recently, by combining 3D imaging and inelastic scattering it has been possible to acquire the 3D structure and map the chemical bonding in selected samples relevant to materials science, giving access to the molecular-level chemical environment (Simo Huotari et al., NATURE MATERIALS, 2011).
By exploiting the coherence of the synchrotron radiation beam, it is possible reach resolution of 10 nm but only on submicron samples.
IR
In conventional Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, radiation emitted from thermal sources is used to acquire infrared spectra from macroscopic samples. For spectroscopy of local material properties, the samples need to be illumined through small apertures, as the spatial extension of thermal sources prevents diffraction limited focusing. With this kind of apertures, resolution of about 10 μm have been achieved. However, an improvement of several orders of magnitude is needed for infrared-spectroscopic mapping of nanoscale structures and complexes such as bio-membranes, semiconductor devices or polymer composites. Recently, F. Huth et al.,NATURE MATERIALS 10, 352, 2011 have shown that a novel FTIR system, based on superfocusing of thermal radiation with an infrared antenna (AFM), allows infrared-spectroscopic nano-imaging of dielectric properties of a semiconductor device in few minutes as well as the mapping of local infrared spectra with a spatial resolution better than 100nm!
Nano-FTIR has interesting application potential in widely different sciences and technologies, ranging from the semiconductor industry to nano-geochemistry and astrophysics. Based on vibrational spectroscopy, it could be applied for nanoscale mapping of chemical composition and structural properties of organic and inorganic nanosystems, including organic semiconductors, solar cells, nanowires, ceramics and minerals. In general, all polar crystals will give a good near-field signal at some wavelength(s) in the infrared, so their average dielectric index doesn’t really matter. The situation is different with amorphous materials like polymers and proteins. They produce significantly lower near-field optical signals than crystalline materials, roughly one order of magnitude even at the best wavelengths. Therefore doing nano-FTIR with a thermal source on soft matter is not possible. In the last ten years,the use of synchrotron radiation instead of thermal sources has allowed important developments. This is due to the fact that the gain in brilliance is about a factor 103. To day 27 IR beamlines are intensively used at various synchrotron centers.
Actually at LNLS, we are building a X-Ray beamline for 3D imaging with 1 μm resolution and and an infrared beamline for 100 nm resolution at 10 μm. They will be tested at the beginning of 2012 but preliminary experiments are scheduled before the end of the year.
Conmutación Resistiva en Interfaces Metal-Óxido
María José Sánchez
CAB-IB, Argentina
La electrónica móvil impone como desafío disponer de nuevas memorias para el almacenamiento de información. Una de las alternativas exploradas en la actualidad son las celdas de memoria no volátil RRAM (del inglés Resistance Random Access Memory), las cuales basan su funcionamiento en el fenómeno de la conmutación resistiva en compuestos de óxidos.
En esta charla presentaré un modelo para la conmutación resistiva bipolar, que incorpora como ingrediente fundamental la migración de vacancias de oxígeno inducida por campos eléctricos intensos localizados en las interfaces metal-óxido. El modelo reproduce detalles no triviales de las características I-V en los experimentos de conmutación bipolar. En particular compararé las predicciones del modelo con los experimentos realizados en muestras policristalinas de (LaPr)CaMnO3 y presentados en esta reunión por el Dr. Pablo Levy.
Memoria no volátil por conmutación de la resistencia eléctrica en interfaces metal – óxido
Pablo Levy
CAC-CNEA, Argentina
Aplicando pulsos eléctricos es posible alterar el valor de la resistencia eléctrica de interfaces óxido – metal. Este efecto es la base de una nueva familia de memorias no volátiles, conocida como “Resistive RAM”. Estudiamos los estados resistivos aplicando diferentes estrategias de pulsado, y utilizando una configuración de multiterminales que permite medir la respuesta de interfaces individuales. A partir de resultados experimentales obtenidos en muestras policristalinas de (LaPr)CaMnO3 y TiO2 con electrodos de plata, discutimos los mecanismos involucrados en términos del desplazamiento de vacancias de oxígeno forzado por el campo eléctrico local.
Algunas consecuencias de la discontinuidad del potencial de intercambio y correlación en semiconductores, gases de electrones cuasi-bidimensionales, y puntos cuánticos
C. Proeto
CAB-IB, Argentina
El método de cálculo conocido como Funcional Densidad es empleado en forma masiva por investigadores en física del estado sólido. La magnitud crucial del método, en la implementación de Kohn y Sham, es la funcional de intercambio y correlación, y el potencial asociado. En esta charla se discutirá la discontinuidad que presenta este potencial de intercambio y correlación, en una serie de situaciones. A saber: i) la sub-estimación del “gap” en semiconductores, ii) el espectro óptico de gases de electrones cuasi-bidimensionales, iii) la función trabajo en “slabs” metálicos, y iv) el efecto Kondo.
Decoherent Many-Body interactions in quantum transport: from Conducting Polymers and Giant Magnetoresistance to Quantum Dynamical Phase Transitions in double dots and heterogeneous cathalysis
Horacio M. Pastawski
FAMAF-Argentina
While the role of the environment in the spontaneusly broken symmetry in two level systems was early hinted by P. W. Anderson [1], the problem of accurately describe a dynamical phase transition remained a complex problem [2]. In most room temperature applications, many-body effects manifest through its role on decoherence. In such cases, the infinite number of degrees of freedom involved in the many-body interactions can be traced out in precise renormalization procedures in terms of “influence functionals” [2] or “self-energies” [3] that can even account for memory effects [4]. Thus we are lead to non-Hermitian Hamiltonian within a description, as the Keldysh formalism, that satisfies the requirement of density conservation. Even in its simplest forms, say the D’Amato-Pastawski model [a] which is solved with the Generalized Landauer-Büttiker Equations [3], it provides a first principles, but simple description of phenomena as different as thermally activated transport if disorderered polymers and giant magnetoresistance. Besides, specific symmetries in the relaxation processes are enough to provide an additional path to the phase transition [5,6]. Our group has devoted a great deal of effort to determine the conditions for the appearance of such transitions in various experimental contexts an to see how the interplay between coherent and decoherent mechanisms shape anomalous transport properties. Here, we will describe various physically meaningful situations where the phase transition occur and how the many-body degrees of freedom are renormalized. As examples we will consider thermally activated transport if disorderered polymers [7], a simple first principle description of giant magnetoresistance that accounts for coherent scattering at the interface [8], as well as situations where an actual Quantum Dynamical Phase Transitons takes place and it is identified as synchronization phenomena: quantum SWAP gates (i.e. double quantum dots) [9] and heterogeneous catalysis [10].
[1] More is Different, P.W. Anderson, Science 177 393 (1972)
[2] Dynamics of the Two-State System with Ohmic Dissipation, S. Chakravarty and A. J. Leggett, Phys. Rev. Lett. 52, 5 (1984)
[3]Classical and Quantum Transport from Generalized Landauer-Büttiker Equations II: Time dependent tunneling. H.M. Pastawski, Phys. Rev. B 46 4053-4070 (1992)
[5] Revisiting the Fermi Golden Rule: Quantum dynamical phase transition as a paradigm shift, H. M. Pastawski, Phys. B 398, 278 (2007)
[4]Conductance of a Disordered Linear Chain including inelastic Scattering events. J.L.D’Amato and H.M.Pastawski. Phys. Rev. B 41, 7411-7420 (1990)
[5] Environmentally induced quantum dynamical phase transition in the spin swapping operation. G. A. Álvarez, E. P. Danieli, P. R. Levstein, and H. M. Pastawski, J. Chem. Phys. 124, 1 (2006)
[6] Dynamical regimes of a quantum SWAP gate beyond the Fermi Golden Rule, A. D. Dente, R.A. Bustos-Marún, H.M. Pastawski, Phys. Rev. A. 78, 062116 (2008)
[7] Crucial role of decoherence for electronic transport in molecular wires: Polyaniline as a case study, C.J. Cattena, R.A. Bustos-Marún, and H.M. Pastawski, Phys. Rev. B 82, 144201 (2010); From tunneling to hopping mechanism: demonstration of paradigm shift in molecular wires, D. Nozaki, C. G. Rocha, H. M. Pastawski, and G. Cuniberti (unpublished)
[8] L. Fernández, Lic. Thesis (FaMAF-UNC 2011)
[9] Quantum dynamical phase transition in a system with many-body interactions E. P. Danieli, G. A. Álvarez, P. R. Levstein and H. M. Pastawski Sol. St. Comm. 141, 422 (2007)
[10] Molecular dissociation in Heterogeneous catalysis as a Dynamical Phase Transition. A. Dente, A. Ruderman, E. Santos, and H. M. Pastawski, (unpublished); A. Ruderman, Lic. Thesis (FaMAF-UNC 2011)
Modelo Termodinámico de la Transición Simultánea de Orden de Spin y Carga en LaCu3Fe4O12
Roberto Allub y Blas Alascio
CAB-IB, Argentina
LaCu3Fe4O12 sufre una transición de fase a 393 K que lo lleva de un estado antiferro magnético aislante a un estado paramagnético metálico por encima de la temperatura crítica.
Basados en el modelo de Falicov-Kimball construimos un modelo para la estructura electrónica de este material que describe la transición y permite calcular diferentes propiedades de las dos fases. El modelo contiene diferentes parámetros, algunos de los cuales se pueden fijar para reproducir los resultados experimentales.
El modelo también permite especular sobre el efecto de la presión sobre el material para construir un diagrama de fase presión-temperatura y calcular propiedades físicas de ambas fases como función de temperatura o presión.
Anisotropias, confinamiento e interfases en el magnetismo de sistemas nanoestructurados
L. B. Steren1, M. Tortarolo2, F. Fernandez Baldis3, S. Carreira4, M. Sirena3
1 Centro Atómico Constituyentes, San Martín, Argentina. CONICET
2 Lab. Chimie Physique – Matiere et Rayonnement, Paris, Francia.
3 Centro Atómico Bariloche, Bariloche, Argentina. CONICET.
4 Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.
El conocimiento de los efectos producidos por tensiones y superficies sobre el magnetismo de films y multicapas permite diseñar nanoestructuras con propiedades pre-definidas y específicas. Es sabido que cualquier alteración de la distribución de tensiones en medios magnéticos tiene fuertes consecuencias en sus propiedades magnéticas. En esta charla mostraré dos casos donde se pone en evidencia la fuerte influencia de sustratos e interfases sobre la anisotropía y el orden magnético de sistemas nanoestructurados. Por un lado, mostraré resultados recientes del estudio de estructuras de dominios magnéticos en nanocintas de MnAs donde se puede observar el efecto anisotrópico de tensiones y tamaño sobre las mismas. Por el otro, presentaré y discutiré mediciones del magnetismo de tricapas metal/aislante/metal donde se observa la inducción de magnetismo en las barreras no-magnéticas por efecto de tensiones.
Interacciones magnéticas en un sistema con gap de spin CsV2O5. ¿Quienes son los dimeros?
Andrés Saul1, Guillaume Radtke2
1 CINaM/CNRS, Campus de Luminy Case 913, 13288 Marseille Cedex 9, France
2 IM2NP, UMR 6242 CNRS, Faculté des Sciences de Saint-Jérôme, Case 262, 13397 Marseille cedex 20, France.
The study of low dimensional spin-1/2 quantum systems has been a very prolific field of condensed matter physics during the last decades [1,2]. The family of vanadates, in particular, has provided a rich variety of compounds with different behaviors and topologies.
In this framework, the sole consideration of the topology of a compound, usually based on a simple analysis of the distances separating the magnetic centers, is often incomplete and even misleading.
In this work, the magnetic properties of the layered compound CsV2O5 have been investigated using density-functional calculations. Through an extensive use of the broken symmetry formalism in DFT, we propose a new picture of CsV2O5 where “structural” and “magnetic” dimers are distinct from each other. More generally, we demonstrate that non magnetic bridging units, such as [V5+O4]3- tetrahedra, play a preponderant role in mediating strong and long ranged anti-ferromagnetic interactions in this system [3].
Referencias
[1] G. Radtke, A. Saul, H. A. Dabkowska, B. D. Gaulin, and G. A. Botton, Phys. Rev. B 77, 125130 (2008).
[2] G. Radtke, A. Saul, H. A. Dabkowska, G. M. Luke, and G. A. Botton, Phys. Rev. Lett. 105, 036401 (2010).
[3] A. Saul and G. Radtke, Phys. Rev. Lett. 106, 177203 (2011).
Magneto-Thermoelectric Characterisation of Single Nanowires
Kornelius Nielsch
Institute of Applied Physics, University of Hamburg
Jungiusstr. 11, 20355 Hamburg
Thermoelectric materials can play an increasing role for the efficient use of energy resources and waste heat recovery in the future. The thermoelectric efficiency of materials is described by the figure of merit ZT = S2σT/κ (S Seebeck-coefficient, σ electrical conductivity, κ thermal conductivity, and T absolute temperature). In recent years, several groups worldwide have been able to experimentally prove the enhancement of the thermoelectric efficiency by reduction of the thermal conductivity due to phonon blocking at nanostructured interfaces [1]. In this talk the growth of highly crystalline thermoelectric nanowires based on Bi2Te3 by pulsed electrodeposition in honeycomb-like nanopore arrays will be presented and the determination of their electrical properties. An overview will be given on the characterisation of major thermoelectric properties, e.g. thermopower and thermal conductivity, on individual nanowires.
In the last three years the reports on thermoelectric effects in magnetic or semi-metallic nanostructures under the influence of magnetic fields have increased significantly. For example K. Ushida et al. reported on the observation of the spin Seebeck effect [2] and L. Gravier et al. reported on the Spin-dependent Peltier effect in nanowires [3]. This new emerging field is bridging the gaps between spintronics, magnetism and thermoelectricity and is called “Spin Caloritronics”. Recently, we have investigation the thermoelectric properties of magnetic nanowires under the influences of magnetic fields. The variation of the Seebeck coefficient as a function of the magnetic fields in the order 10-15% has been observed for Ni and Ni50Co50 nanowires. In general the thermalconductivity κ in metallic systems is coupled via the Wiedemann-Franz law. We have observed very minor variations of Wiedemann-Franz law, when the magneto-resistance and magneto-thermal conductivity is measured on the same nanowire.
[1] K. Nielsch , J. Bachmann , J. Kimling, H. Böttner, „Thermoelectric Nanostructures: From Physical Model Systems towards Nanograined Composites“, Advanced Energy Materials 1, 713-731 (2011).
[2] K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa and E. Saitoh, „Observation of the spin Seebeck effect, Nature 445, 778 (2008).
[3] L. Gravierm S. Serrano-Guisan, F. Reuse, J.-Ph. Ansermet, “Spin-depent Peltier effect of perpendicular currents in multilayered nanowires”, Physical Review B 73, 052410 (2006).
Magnetic stripes formation and lattice strain in the frustrated spin dimer system SrCu2(BO3)2
M. Jaime1, R. Daou2, S. Crooker1, D.F. Weickert1, H. Dabkowska3, B. Gaulin3
1 MPA-CMMS, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, USA.
2 Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids, 01187 Dresden, Germany
3 McMaster University, Dept. of Phys. & Astron., Hamilton, ON L8S 4M1, Canada
SrCu2(BO3)2 supports a quasi-2D network of orthogonally coupled spin-dimers whose ground state consists of localized spin-singlets described by the exactly solvable Shastry-Sutherland Hamiltonian [1,2]. On applying strong magnetic fields (>20T) the spin gap in SrCu2(BO3)2 is closed and low lying energy triplet states are generated. As a consequence of the strong geometric frustration, the zero field band of triplet excitations is nearly dispersionless and a sequence of steps and plateaus in the magnetization M(H) at integer fractions of the saturation value are observed as a function of applied field. Each plateau corresponds to static magnetic textures that are commensurate with the lattice. A number of theoretical tools and models have been used to reproduce these steps. The task, however, has proven to be phenomenally complex. While there is consensus on the main features in M(H) observed at 1/8, 1/3 and 1/4 of saturation magnetization, the fashion in which the magnetic texture evolves in between and beyond these values remains topic of vivid debate.[3] One aspect that models have so far overlooked is the involvement of the underlying crystallographic lattice assuming that the magnetic interactions are the sole driving force behind the magnetic texture. However, the role of the lattice symmetry and irreversibility at field-induced magnetic energy level crossing is a significant component of the physics of magnetic insulators, often the decisive factor setting the ground state. Here we present high resolution magnetostriction measurements in pulsed magnetic fields to 97.4T, which shed light on the coupling between spin and lattice degrees of freedom and address discrepancies between existing data and theoretical predictions for the sequence of field-induced plateaux. Magnetostriction along the c-axis and simultaneous magnetocaloric effect indicate irreversibility at some but not all magnetization plateaux. In particular, no dissipation is observed at the 1/4 plateau, where magnetic stripes formation has been predicted. Also, we uncovered the first unambiguous evidence for lattice anomalies at 73.6T and 82T that could be related to the 1/2 magnetization plateau. These features will be discussed in the context of state of the art modeling for SrCu2(BO3)2.
Referencias
[1] H. Kageyama et al., Phys. Rev. Lett. 82, 3168 (1999)
[2] B.S. Shastry and B. Sutherland, Physica 108B+C, 1069 (1981)
[3] S.E. Sebastian et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 105, 20157 (2008)
Magnetización inusual y deflagración magnética en el hielo de spin Dy2Ti2O7
S. A. Grigera
Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos, UNLP-CONICET, La Plata, Argentina.
El hielo de spin es un sistema engañosamente simple: compuesto de spines tipo Ising en los vértices de una red pirocloro con interacción ferromagnética, tiene un estado fundamental formalmente equivalente al de los protones en el hielo.
En esta charla se discutirá brevemente algunos efectos fuera de equilibrio en el proceso de magnetización de un hielo de spin (el Dy2Ti2O7). La magnetización aumenta a través de la propagación de excitaciones monopolares de signo inverso. Dado que estas están en un pozo de potencial atractivo, hacen las veces de un reservorio de energía Zeeman. A medida que se aumenta el campo magnético aplicado, esta energía se acumula, y dependiendo de condiciones adicionales –tales como la conductividad de la red de fonones, la temperatura, etc.- pueden relajar a través de una combustión normal (análoga a la carbonización suave de un papel) o de una manera muy abrupta, similar a la deflagración de un material combustible.
Método de Convergencia para la caracterización química con Espectrometría de Rayos X. Aplicación a compuestos nucleares
C. Figueroa, N. Nieva, and S. P. Heluani
Laboratorio de Física del Sólido, Departamento de Física. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán, Argentina.
El propósito de este trabajo es reportar un método de cálculo de las intensidades características de rayos X, emitidas por la superficie de un sólido cuando éste es irradiado con un haz de electrones. Este método es aplicable para realizar caracterizaciones cuantitativas utilizando una microsonda analítica de electrones (MAE) y se basa en el principio de inmersión invariante, formulado por Ambarzumian y Chandrasekhar [1,2]. El Método de Inmersión Invariante es un poderoso instrumento en la simplificación de las ecuaciones de transporte de electrones.
El decaimiento en energía de los electrones dispersados por los átomos del sólido, es aproximado por medio de un modelo de escalera de estados de 5 niveles de energía en 3D, a partir del cual se obtiene un sistema de ecuaciones diferenciales acopladas para las magnitudes experimentales medibles (como las intensidades características en MAE). Para resolver estas ecuaciones diferenciales desarrollamos un procedimiento llamado Método de Convergencia (MC) [3], con el que se obtienen expresiones analíticas cerradas para las intensidades características. Por medio del MC se pueden calcular estas magnitudes con expresiones simples, sin necesidad de conocer previamente la función de distribución de ionizaciones correspondiente, ya que las correcciones por absorción están incluidas en las ecuaciones. Esta es una ventaja en comparación con los métodos previos.
[1] Ambarzumian, V. A., Theoretical Astrophysics, New York, Pergamon Press, 1958.
[2] Chandrasekhar, S., Radiative Transfer, Dover Pub., New York, 1960.
[3] Figueroa, C.; Brizuela, H.; Heluani, S.P., Journal of Materials Science, 5118 (2010). DOI: 10.1007/s10853-010-4578-1.
El efecto Hall de los fotones
Alberto G. Rojo
Department of Physics, Oakland University, Rochester, Michigan, EEUU
El efecto Hall -la generación de una corriente transversal al campo aplicado- tiene varias encarnaciones en distintos contextos físicos. Uno de ellos, el efecto Hall de espines, fue recientemente objeto de intensa investigación. En este caso, dado el acoplamiento espín órbita, en ciertos sistemas bidimensionales puede generarse una corriente espines y no de carga en respuesta a un campo aplicado. En mi exposición me referiré a una variación de este efecto de espines al caso de fotones, donde la transversalidad de la luz resulta en un acoplamiento entre la dirección del movimiento y el espín S=1 del fotón debido a su polarización. El efecto Hall del espín del fotón resulta entonces en un desbalance de polarizaciones en la refracción de la luz y es un efecto puramente ondulatorio que no aparece en óptica geométrica. El efecto fue medido para fotones[1] y persiste cierta controversia sobre su magnitud. Discutiré la interpretación del efecto como una fase geométrica (fase de Berry), su cálculo correcto, y haré contacto con un aparato geométrico que lo simula[2].
Referencias
[1] O. Hosten and P. Kwaiat, Science 319, 787 (2008).
[2] A. G. Rojo and D. Garfinkle, Can. J. Phys. 87, 615 (2009)
Nanoestructuras magnéticas: haciendo ingeniería de espines en superficie
Andrea Barral1,2,3, Corina Urdaniz1,3y Ana María LLois1,2,3
1 Departamento de Materia Condensada, Gerencia de Investigación y Aplicaciones, CAC-CNEA, Buenos Aires Argentina.
2 Departamento de Física, Faculatad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA, Buenos Aires, Argentina.
3 CONICET
El estudio de los mecanismos de interacción magnética que determinan el estado fundamental de nanoestructuras depositadas sobre distintos sustratos se ha tornado en un tema de gran interés en los últimos años, debido a su implicancia en cuestiones tales como computación cuántica, fabricación de dispositivos de almacenamiento de datos y de sensores magnéticos, entre otros.
Estudios de este tipo se han hecho recientemente por medio de manipulación atómica usando microscopía de efecto tunel para generar y depositar nanoestructuras sobre un dado sustrato. Desde el campo de la espintrónica el interés se ha focalizado, en parte, en la búsqueda de films delgados adecuados, tales que crecidos entre sustrato y nanoestructura sean capaces de desacoplarlos suficientemente para disminuir tanto como sea posible la influencia del sustrato sobre las propiedades electrónicas y magnéticas de los nano-objetos. Esta aislación no es nunca completa, y por otro lado es esperable que las mismas capas “aislantes” jueguen algún papel en la determinación de las interacciones magnéticas.
En esta charla contaremos cómo afecta a la ingeniería de espines de cadenas de átomos “3d” la presencia de un film semiaislante usado para desacoplar a las mismas del sustrato metálico.
Estructura y dinámica de redes modelo de Polidimetilsiloxano (PDMS). Un estudio combinando reología y resonancia magnética nuclear.
Gustavo A. Monti
FaMAF-Universidad Nacional de Córdoba & IFEG-CONICET, Córdoba, Argentina
R.H. Acosta 1, M.B. Franzoni 1, M.A. Villar 2, E.M. Vallés 2, D.A. Vega 3
1 FaMAF-Universidad Nacional de Córdoba & IFEG-CONICET, Córdoba, Argentina
2 PLAPIQUI-Universidad Nacional del Sur-CONICET, Bahía Blanca, Argentina
3 Departamento de Física, Universidad Nacional del Sur, Bahía Blanca, Argentina
El grado de entrecruzamiento tanto físico como químico en elastómeros es de crucial importancia en las propiedades mecánicas de los productos asociados a la industria de los plásticos y de las gomas. Desde el punto de vista de la Resonancia Magnética Nuclear (RMN), los polímeros con entrecruzamientos presentan características tanto de sólidos como de líquidos. A temperaturas por encima de la transición vítrea las amplitudes y escalas de tiempos de los movimientos moleculares son características de un líquido, sin embargo, los movimientos de las cadenas no son isotrópicos, lo cual lleva a que las interacciones dipolares no se cancelen presentando así las características de un sólido. Restricciones en el movimiento de las cadenas están dadas principalmente por los entrecruzamientos físicos y químicos, por lo tanto la dinámica del sistema es un indicador de la composición del mismo.
Tradicionalmente los estudios por RMN fueron basados en la introducción de un modelo estadístico que describiera la dinámica del sistema, a partir del cual la información sobre la estructura es obtenida mediante la medición de distintos tiempos de relajación [1]. Este enfoque exige un conocimiento detallado de la estructura molecular y el posterior análisis de datos es aún tema de controversia. Actualmente se están aplicando técnicas de coherencias cuánticas múltiples [2], que en principio permiten obtener información estructural y dinámica local sin que ésta esté enmascarada por movimientos colectivos de las redes poliméricas.
En nuestro laboratorio se realizaron mediciones experimentales en gomas de PDMS con cadenas pendientes de longitud controlada. Las mismas fueron sintetizadas en la Planta Piloto de Ingeniaría Química (UNS-CONICET) Bahía Blanca, en el grupo dirigido por el Dr. Enrique Vallés. Para el estudio de estos sistemas aplicamos la técnica de Resonancia Magnética Nuclear de protones. Hemos obtenido buenos resultados en cuanto a caracterización estructural aplicando técnicas de relajación espín-espín de protones [3, 4]. También hemos realizado contribuciones interesantes en particular correlacionando datos reológicos con datos obtenidos por RMN [5], donde la información dinámica en polímeros, en particular de movimientos lentos, se ve enmascarada por efectos de decoherencia producidos por interacciones de orden superior entre espines y requiere de secuencias elaboradas a partir de las coherencias múltiples, coherencias dobles y de orden superior, para poder discriminar los efectos de la dinámica local de los movimientos colectivos.
En particular observamos como se generan señales de coherencias cuánticas dobles en protones de las cadenas poliméricas. De estas señales es posible extraer los acoplamientos dipolares residuales, los cuales están directamente relacionados con el grado de entrecruzamiento químico y físico de las cadenas poliméricas. Dado que las cadenas pendientes son las que presentan mayor cantidad de entrecruzamientos físicos, y como dijimos anteriormente, estos se presentan en forma dinámica, es necesario discriminar ambos tipos de cadenas durante la medición. Se implementó un método de filtrado de señales mediante la utilización de filtros de coherencias cuántica dobles, se pudo así determinar que en la escala de tiempo de los experimentos de RMN sólo una pequeña fracción de cadenas pendientes pierde la memoria de su configuración anterior. Es decir que los obstáculos topológicos dados por la red polimérica, con los cuales se entrelazan las cadenas pendientes presentan un acoplamiento dipolar residual no nulo, y se comportan a todos los fines prácticos como parte de la red. Se usó un modelo teórico de relajación de cadenas poliméricas que incluye la descripción de campo medio de la estructura de la red y el potencial de energía libre de Pearson-Helfand para retracción de las cadenas pendientes. La correlación entre este modelo y los datos experimentales de RMN es muy buena, mostrando la influencia del material pendiente no relajado en acoplamiento dipolar residual [6].
(1) J. P. Cohen Addad, “NMR and Fractal properties of polymeric liquids and gels”. Progress in NMR Spectroscopy 1992, 25, 1-316.
(2) K. Saalwachter, Prog. NMR Spectrosc. 2007, 51, 1-35.
(3) D. A. Vega, M. A. Villar, E. M. Vallés, C. A. Steren, G. A. Monti, Macromolecules 34, 283 (2001)
(4) C. A. Steren, G. A. Monti, A. J. Marzocca and S. Cerveny. Macromolecules 37, 5624-5629, (2004).
(5) R. H. Acosta, G. A. Monti, D. A. Vega, M. A. Villar, E. M. Vallés. Macromolecules 39 (14), 4788-4792 (2006).
(6) Rodolfo H. Acosta, Gustavo A. Monti, Marcelo A. Villar, Enrique M. Vallés, Daniel A. Vega, Macromolecules 2009, 42, 4674–4680.
Transporte electrónico en junturas moleculares
Carlos Balseiro
CAB-IB, Argentina
El creciente desarrollo experimental de transistores moleculares ha planteado nuevos desafíos que llevan a la necesidad de desarrollar teorías que permitan explicar en detalle los mecanismos necroscópicos de transmisión electrónica en moléculas. Los experimentos incluyen dispositivos con moléculas organometálicas, C60, polímeros y moléculas simples. En la charla se presentara un resumen de estado actual del área con énfasis en los desarrollos teóricos. En particular de discutirán resultados sobre el transporte en moléculas magnéticas y el efecto de las vibraciones moleculares.
Nanoestructuras híbridas superconductor / ferromagneto: interacciones magnéticas y dinámica de vortices
Julio Guimpel
CAB-IB, Argentina
Los sistemas metálicos híbridos superconductor/ferromagneto presentan propiedades magnéticas muy interesantes, debido a las interacciones microscópicas y macroscópicas entre ambos materiales. Esta combinación de materiales con propiedades aparentemente antagónicas resulta además de interés para la fabricación de dispositivos. Es necesario entender la respuesta del sistema como un todo, en base al comportamiento de sus componentes. En esta charla revisaré resultados que hemos obtenido sobre el magnetismo de superredes de estos materiales. A campos bajos encontramos una respuesta compleja que puede ser entendida, en base a un modelo autoconsistente simple, como la competencia entre la respuesta en temperatura del superconductor y la dependencia temporal del ferromagneto [C. Monton et al, Phys. Rev. B 77, 104521 (2008)]. A campos altos, la dinámica de vórtices muestra también una respuesta compleja, que podría deberse a conmensuración de la red de vórtices con las capas ferromagnéticas.