Diagrama de fases de sistemas magnéticos com interação de Dzyaloshinskii-Moriya

Abstract

Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre as propriedades do diagrama de fases de sistemas magnéticos bidimensionais com interação de troca ferromagnética e de Dzyaloshinskii-Moriya, cuja competição é responsável pela formação de padrões de magnetização não triviais. Utilizando o método de campo médio variacional, identificamos as fases desenvolvidas pelo sistema e como estas modificam-se através da variação de parâmetros microscópicos do modelo, bem como de parâmetros externos como a temperatura, campo magnético aplicado e anisotropia. Em seguida, mediante a adaptação da teoria KTHNY ao nosso modelo, analisamos as fases topológicas que o nosso sistema pode desenvolver e construímos o seu diagrama de fases topológico. A partir desta análise, identificamos a natureza da ordem orientacional e posicional das diferentes texturas magnéticas do sistema. O nosso estudo mostra que para além da identificação qualitativa das fases helicoidais e de skyrmions, o sistema desenvolve dentro dessas regiões fases termodinâmicas caracterizadas pela quebra específica de determinadas simetrias.

Abstract: In this work, we present a comprehensive study about the properties of the phase diagram in a two-dimensional magnetic system, where the interplay between the magnetic exchange interaction and the Dzyaloshinskii-Moriya interaction gives rise to non-trivial modulated structures, known as the helical and skyrmion patterns. We apply a variational mean-field method to study how this modulated structures are distributed in a phase diagram, varying parameters such as the temperature, magnetic field and anisotropy. Following this analysis, we look at the KTHNY scenario to study the topological properties of this system, where we identify the nature of the positional and orientational order in this modulated structures. This investigation allows the determination of the topological phase diagram in this system, where we distinguish regions by their symmetries.