Avalanchas en el sistema de espines: deflagración magnética cuántica y nueva ley de relajación
- Autores: Alberto Hernández Mínguez
- Directores de la Tesis: Javier Tejada Palacios (dir. tes.), Joan Manel Hernández Ferrás (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Bartolomé Sanjoaquín (presid.), Antoni García Santiago (secret.), Amílcar Labarta (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En esta tesis se estudia el fenómeno conocido como avalanchas magnéticas en imanes moleculares, concretamente en los materiales conocidos como Fe8-tacn y Mn12-Acetato.
En el Fe8 se confirma experimentalmente una nueva teoría de relajación según la cual, durante una relajación del tipo Landau-Zener realizada para velocidades de campo magnético del orden de kT/s, al atravesar la resonancia los espines de las moléculas no siguen el comportamiento convencional, sino que en un primer lugar se mantienen en el estado excitado para decaer a continuación colectivamente mediante la emisión de superradiancia.
Respecto al Mn12-Acetato, se observa mediante un detector de radiación que el proceso de inversión rápida de los espines durante una avalancha magnética viene acompañado de emisión de radiación. La señal detectada no puede explicarse como consecuencia del calentamiento de la muestra de Mn12 que sucede en una avalancha, puesto que la potencia detectada es varios órdenes de magnitud superior a la que sería de esperar en ese caso.
En una avalancha magnética la inversión de magnetización no sucede de manera simultánea en toda la muestra, sino que se inicia en una región del cristal donde los espines de las moléculas invierten su sentido, y dicha región se propaga a lo largo de la muestra mediante un frente de inversión de espines similar al de una llama propagándose a lo largo de un material en combustión. Por este motivo al proceso se le denomina deflagración magnética. Se ha demostrado que el punto de inicio en cada cristal de Mn12 corresponde a aquella región donde la barrera de anisotropía es ligeramente inferior como consecuencia de la contribución del campo magnético local generado por las interacciones dipolares de las moléculas vecinas.
Para poder generar avalanchas bajo un campo magnético estable se deposita un cristal de Mn12 en la superficie de un material piezoeléctrico, LiNbO3. Al generar ondas acústicas superficiales en el piezoeléctrico, éstas excitan el cristal y favorecen aparición de la avalancha. Se muestra que la velocidad de propagación del frente de inversión de espines aumenta a medida que el campo magnético aplicado crece, pero además se observa que para determinados campos magnéticos, en los cuales está permitido el efecto túnel del espín, dicha velocidad se encuentra incrementada con respecto a campos magnéticos vecinos. Por lo tanto, el proceso debería denominarse deflagración magnética cuántica, ya que la velocidad del frente de inversión de espines está mediada por el fenómeno cuántico del efecto túnel.
Finalmente, se han provocado avalanchas aplicando un campo magnético que rota en un plano que contiene el eje de fácil imanación del cristal de Mn12. A medida que la frecuencia de rotación aumenta, se alcanza una frecuencia crítica, por encima de la cual los espines no tienen tiempo de relajarse hacia el nivel fundamental, provocándose por lo tanto las avalanchas desde estados excitados, sin necesidad de calentar el sistema.
