A study on bilayered rectangular artificial spin ice

Nesse trabalho, estudamos os efeitos do desvio de uma geometria quadrada em uma bicamada retangular de gelo de spin artificial (BRASI). Especificamente, investigaremos como sistemas com parâmetro de rede diferentes se comportam e como eles se diferenciam do caso quadrado. Para isso, simulamos três configurações com proporção entre lados γ = a/b = √2, √3, e √4. Os resultados obtidos mostram que as interações possuem duas partes: uma polinomial, do tipo AhB (onde A e B são constantes) e uma exponencial do tipo CeDh (onde C e D são constantes). Tal comportamento sugere que, ao nos distanciarmos da geometria quadrada, os monopolos residuais presentes nos vértices dessa rede passam à contribuir cada vez mais fortemente na energia de interação do sistema. Mostramos também que, ao alcançarmos uma rede retangular com parâmetro de rede γ > √3, o potencial se torna quase insensível à variações desse parâmetro. Por fim, estudamos qual o efeito na energia de interação de incluirmos rotações entre as monocamadas do sistema. Encontramos que, para cada parâmetro de rede, é possível obtermos dois valores de mínimo de energia, mostrando então possíveis ângulos com forte estabilidade que podem ser explorados para aplicações magnetrônicas utilizando tais sistemas. Palavras-chave: Gelo de spin. Simulação magnética. Sistemas frustrados.Here, we study a rectangular bilayer artificial spin ice (BRASI). Namely, we shall investigate how its underlying geometry alters the results obtained for the square case. For such, we simulate three configurations with aspect ratios γ = a/b = √2, √3, and √4. The obtained results show that the interactions are composed by two parts: a polynomial one, with AhB (where A and B are constants) and a exponential one, with CeDh (where C and D are constants). Such behaviour sugests that, as we go further away from the square geometry, the residual monopoles present in each vertex of this lattice contribute more strongly on the interaction energy of the system. We also show that, as we reach a rectangular lattice with aspect ratio γ > √3, the potential becomes almost insensible to variations on such parameter. Lastly, we study what are the effects on the interaction energy from including rotation between the monolayers of our system. We find that, for each aspect ratio investigated, there are two minima in the energy, implying possible angles with strong stability which can be exploited for magnetronic aplications using such systems. Keywords: Spin Ice. Magnetic simulations. Frustrated systems.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai