Highlights 2010-2011
Materia & Energia

Dinamiche atermiche in spin-ice artificiali

Immagine di microscopia elettronica a scansione.
Immagine di microscopia elettronica a scansione. (Cortesia di Jason Morgan e Chris Marrows, University of Leeds.)

Il concetto di equilibrio è centrale in fisica. Un sistema può normalmente raggiungerlo, ma due fattori possono impedirlo o anche solo causare a dei tempi di rilassamento molto lunghi. Il primo è l''esistenza di grandi barriere di energia, che bloccano e congelano il sistema (cosa, questa, sfruttata per rendere stabile l''informazione registrata magneticamente). Il secondo fattore è la competizione tra interazioni diverse, che non possono essere soddisfatte contemporaneamente, portando a comprensibili fenomeni di frustrazione. Il nanomagnetismo, che permette la manipolazione e la visualizzazione di unità magnetiche, è un ambito ideale per testare questi concetti. Uno spin-ice artificiale è una disposizione ordinata di particelle magnetiche, magnetizzate lungo il loro asse longitudinale. Queste particelle sono sufficientemente grandi da essere termicamente stabili e quindi una loro dinamica può essere indotta solo da un campo magnetico esterno. È la risposta dello spin-ice a tale campo a essere oggetto di interesse, così come dei grani in un cilindro rispondono a una sua messa in rotazione oppure uno stormo di uccelli risponde a un predatore: in tutti questi casi la risposta dipende sia dalla forza esterna che dalla interazione tra i "costituenti" (le particelle magnetiche, i grani, gli uccelli). Negli spin- ice, le interazioni sono quelle dipolari, cioè magnetostatiche. Abbiamo descritto il sistema in termini di dinamica di vertici: le particelle magnetiche convergono in un vertice e ne definiscono lo stato e invertire uno spin corrisponde a un processo tra vertici. Troviamo che ruotare un campo magnetico di opportuna intensità permette di portare il sistema verso stati di bassa energia e che i bordi del campione hanno un ruolo importante nella dinamica di un sistema perfetto. Tuttavia, troviamo anche che il disordine gioca un ruolo fondamentale nel processo di ordinamento collettivo.

Autori: Zoe Budrikis, Paolo Politi, R.L. Stamps
Titolo: Vertex Dynamics in Finite Two- Dimensional Square Spin Ices
Rivista: Phys. Rev. Lett.
Anno: 2010
Riferimenti bibliografici: 105 (2010), 017201