Dissertação de Mestrado #602 – Rodrigo Alves Stancioli – 29/06/2018

Gelos de spin artificiais (ASI) são redes bidimensionais de nanoilhas magnéticas geometricamente frustradas, originalmente concebidas para mimetizar o comportamento de materiais com a estrutura cristalina do pirocloro comumente conhecidos como gelos de spin. Diferentes tipos de ASI vêm sendo desenvolvidos recentemente, ensejando a observação de fenômenos interessantes como o aparecimento de excitações que se comportam como monopolos magnéticos, bem como sugerindo a possibilidade de novas aplicações. Uma nova geometria de ASI recentemente proposta na literatura foi denominada gelo de spin artificial “regravável”, por possibilitar total controle sobre os microestados do sistema à temperatura ambiente. Apesar de a realização experimental desse sistema ser essencialmente atérmica, técnicas recentes permitem a fabricação de nanoilhas suscetíveis a flutuação térmica, o que torna importante investigar o comportamento termodinâmico dos ASI. Neste trabalho, realizamos simulações de Monte Carlo de um modelo do ASI regravável, em que as nanoilhas são tratadas como spins do tipo Ising com interações dipolares, no intuito de estudar suas transições de fase na ausência de campo magnético. Condições de contorno abertas e periódicas foram consideradas. O estado fundamental encontrado é maximamente magnetizado, e uma fase ordenada é observada a baixas temperaturas. No limite termodinâmico, uma transição contínua entre essa fase ordenada e uma fase paramagnética é evidenciada pela divergência do calor específico na temperatura crítica. Em sistemas finitos, no entanto, ocorre uma pseudo-transição de fase de baixa temperatura, introduzindo uma fase intermediária entre as fases paramagnética e maximamente magnetizada que se caracteriza pela pequena quantidade de excitações locais e por baixos valores de magnetização total. A temperatura crítica foi determinada  mediante o cálculo dos zeros da distribuição de probabilidade da energia. Em trabalhos futuros, pretendemos elucidar a natureza dessa pseudo-transição, bem como investigar o comportamento das excitações na rede.