Dipolar order and quantum phase transitions in magnetic materials

Abstract

La motivación de este trabajo es el estudio del papel que las interacciones dipolares juegan en cristales de moléculas imán y en algún otro tipo de materiales magnéticos. Las moléculas imán (SMM de sus siglas en inglés) han sido objeto de un amplio estudio en los últimos años debido a su potencial como memorias magnéticas y a que muestran fascinantes fenómenos cuánticos, como el efecto túnel de espín. Cada una de estas moléculas se comportaría como un bit de información. Por tanto, la densidad de información en medios magnéticos podría incrementarse enormemente. Las interacciones dipolares son dominantes en algunos de estos materiales, algo que no es frecuente en la naturaleza ya que estas suelen estar enmascaradas por las interacciones de canje, mucho más intensas. Las interacciones dipolares dan lugar a toda una gama de fenómenos que van desde el orden magnético dipolar, comportamientos de vidrio de espín hasta fenómenos cuánticos como las transiciones de fase cuánticas. Estas últimas se producen gracias a la gran debilidad de las interacciones dipolares que permiten a las débiles fluctuaciones de punto cero jugar un papel fundamental a muy bajas temperaturas. El objetivo de esta tesis es el estudio de todos estos fenómenos. Capítulo 1: En el capítulo 1 se describen las principales características de las interacciones dipolares. Capítulo 2: En el segundo capítulo se describe el marco teórico utilizado para el análisis de los tiempos de relajación. Capítulo 3: En el tercer capítulo se describen las técnicas experimentales utilizadas en esta tesis. Las condiciones experimentales requeridas están condicionadas por las escalas de energía típicas de las interacciones dipolares. Capítulo 4: El estudio del orden magnético en imanes moleculares puramente dipolares está seriamente dificultado no sólo por la escasez de estos materiales, sino también por la relajación magnética extremadamente lenta hacia el equilibrio térmico que se produce normalmente a muy bajas temperaturas en imanes moleculares. Capítulo 5: En este capítulo se ha descrito la dependencia del orden magnético con el tamaño de la muestra. En concreto se ha utilizado Mn6, ya que constituye uno de los pocos ejemplos de SMM ordenándose por interacciones puramente dipolares en estado>bulk>. Capítulo 6: En este capítulo estudiamos el ordenamiento magnético clásico en el SMM Fe8. También exploramos la existencia de una transición de fase cuántica en este medio mesoscópico. Capítulo 7: En este capítulo describimos un estudio detallado de la naturaleza de vidrio de espín de las sales de tierras raras LiHo0.045Y0.955F4 y LiHo0.167Y0.833F4. Capítulo 8: En este capítulo hemos analizado la influencia de la dimensionalidad de la muestra en el ordenamiento magnético. Para ello hemos estudiado el comportamiento de dos oxalatos de CoRh.