Vidrios de espin en diversas geometrías (desde películas delgadas hasta sistemas cúbicos)un punto de encuentro entre las simulaciones y los experimentos

Resumen

Esta tesis presenta nuestra modesta contribución a la comprensión y modelización de los vidrios de espín. En particular, hemos mostrado que la combinación resultados teóricos, numéricos y experimentales permite revolucionar la comprensión de la dinámica de estos sistemas complejos. Desde el punto de vista experimental, los progresos en la preparación de muestras se alían con la alta precisión de las medidas para abrir nuevas perspectivas previamente insospechadas. Por otro lado, el uso combinado del superordenador Janus II y el análisis teórico ha permitido obtener (e interpretar) simulaciones en una escala temporal comparable a la de los experimentos. Para explicar de manera coherente estos avances, hemos dividido el texto en cuatro partes cuyo contenido describimos a continuación. La Parte I de esta tesis contiene una introducción a la física de los vidrios de espín. En el capítulo 1 daremos una perspectiva histórica del estudio de los vidrios de espín, tomando en cuenta sólo las teoría más importantes. En el capítulo 2 defininimos y discutimos las principales cantidades físicas que consideraremos en esta tesis. La Parte I concluye con el cap. 3 donde adoptamos una perspectiva más amplia que cubre desde las aplicaciones más importantes de la física de los vidrios de espín hasta las peculiaridades de la física estadística de los sistemas de vítreos. En la Parte II de la tesis abordaremos la investigación numéricas de los sistemas vítreos en geometría de película delgada. Explicaremos cómo hemos estudiado la dinámica en una escala temporal que abarca desde los picosegundos hasta el equilibrio, para varias temperaturas cercanas al punto crítico del sistema tridimensional. Antes de presentar nuestros resultados, en el capítulo 4 explicamos algunos factores cruciales sobre la dinámica de un sistema en $D=2$ y $D=3$. En el mismo capítulo se comentan los logros experimentales obtenidos en el estudio de vidrios de espín en geometría de película delgada. A continuación, en el capítulo 5 estudiamos las propiedades de equilibrio de este tipo de sistemas por medio de simulaciones de parallel tempering que alcanzan la temperatura crítica del sistema tridimensional. Este capítulo contiene resultados inéditos y muestra las características del paisaje de energía libre característico de la temperatura crítica del sistema $3D$. El capítulo 6, que se basa en referencia la Ref.~\cite{fernandez:19} aunque contiene también algunos resultados más recientes, presenta nuestra investigación mediante simulaciones Montecarlo del crossover dimensional que se produce cuando la longitud de correlación crece hasta hacerse comparable con el espesor de la película, $ \xi \propto L_\mathrm{z}$. Hemos descubierto que la dinámica está caracterizada por cuatro regímenes de aging. Utilizando la teoría del grupo de renormalización hemos encontrado una correspondencia inusual entre la temperatura de un sistema de película delgada y un sistema $2D$. La Parte III examina en detalle la dinámica de un sistema de espìnes vidriosos cerca y por debajo de la temperatura de condensación $T_\mathrm{g}$ en presencia de un campo magnético externo. El uso combinado de un enfoque experimental, de las simulaciones numéricas y el análisis teórico abre nuevas posibilidades para la comprensión de la dinámica de los vidrios de espín. Una demostración directa es la introducción de una nueva ley de escala para la magnetización del sistema que es válida en todo el redimen de campos magnéticos, al menos para temperaturas cercanas a $T_\mathrm{g}$. Esta parte de la tesis se basa en \cite{zhai-janus:20a,zhai-janus:20b}. Debido a la complejidad de las investigaciones experimentales y numéricas presentadas en estos artículos, ambos aspectos serán analizados detalladamente en esta tesis. La tesis termina en la Parte IV donde presentamos nuestras conclusiones y resumimos los principales resultados de cada capítulo. También se han incluido varios apéndices.