Interacción dipolar entre sistemas magnéticos micro y nanométricos

Abstract

La posibilidad de producir nanoestructuras magnéticas a la medida ha despertado gran interés debido a potenciales usos para la generación de nuevos dispositivos y mecanismos a utilizar en almacenamiento magnético, diagnóstico médico, y entrega de fármacos, entre otros. En este rriarco, los arreglos ordenados de estructuras magnéticas con diámetros en el rango de los 10 a los 100 nanómetros resultan promisorios para diversas aplicaciones. Estos arreglos permitirían alcanzar una densidad de almacenamiento de información mayor que los 700 Gbit/in 2 . Además, estos arreglos I)lle(len ser usados para sintetizar ferrofluidos, los cuales son muy prometedores en la generación de métodos de diagnóstico y tratamiento contra el cáncer. Una técnica efectiva, simple y económica para fabricar matrices con geometrías bien controladas es la auto-organización de nanoporos en membranas, particularmente de alumina. Los nanoporos están ordenados sobre rangos de unos pocos micrómetros, es decir, más de 20 veces el parámetro de red del arreglo. Este ordenamiento en sistemas magnéticos da origen a propiedades cooperativas de gran interés fundamental y tecnológico. En la práctica resulta complejo caracterizar experimentalmente estas nanoestructuras, por lo que los estudios teóricos pueden ser de gran utilidad. De particular interés es la determinación de las configuraciones magnéticas estables y los mecanismos de reversión de la magnetización, los que están fuertemente determinados por la forma y geometría del elemento. De hecho, a pequeñas escalas de tamaño, se ha establecido que la forma del elemento es fundamental en la definición de los mecanismos de reversión de la magnetización. De este modo se ha dirigido un gran esfuerzo para encontrar la geometría que proporciona el modo de reversión más simple, rápido y reproducible, requisitos esenciales para potenciales aplicaciones. El 1)rilller paso cuando investigamos una nueva geometría es encontrar las configuraciones magnéticas estables de menor energía. Para ello debemos considerar las contribuciones de la energía dipolar, energía de intercambio y anisotropía. Los mínimos locales en la energía total corresponden a estados accesibles estables (o rnetaestables) del sistema. Por otro lado, el acoplamiento dipolar entre las partículas juega un rol fundamental en la determinación de sus propiedades magnéticas. Es conocido que si la distancia entre las partículas vecinas es menor que su tamaño, el acoplamiento magnético afecta la estructura micromagnética y el proceso (le reversión (le la magnetización del sistema. Este acoplamiento entre las partículas es, en general, complejo, debido a que los campos dipolares dependen del estado de magnetización de cada elemento, que a su vez depende de los campos debido a los elementos adyacentes. En esta tesis estamos interesados en investigar el rol de la interacción dipolar entre las partículas como función de la geometría y tamaño de éstas, así como de la orientación relativa entre las partículas. Basados en la aproximación semiclásica introducida por Brown obtenemos analíticamente la energía de interacción dipolar en sistemas de arreglos de cilindros e hilos, anillos de multicapas y tubos bifásicos, explorando las condiciones de estabilidad de las diversas fases que se presentan. Se proponen también expresiones fenomenológicas que dan cuenta de estos efectos cooperativos sobre las curvas de histéresis de los sistemas. Procedimientos similares pueden adoptarse para estudiar otras geometrías.