Doctorado en Ciencias Físicas · 2026

Caracterización termomagnética de la nanoestructura feco bajo la acción de campos magnéticos oscilantes en el tiempo

En esta investigación se analizan las propiedades termomagnéticas estáticas y dinámicas de una nanopartícula de aleación FeCo, en fases ferro y ferrimagnética, con espines Q = 2 (Fe) y S = 3/2 (Co). El nanosistema se modeló como una cuasiesfera tipo Ising de 2, 4 y 8 nm de diámetro con una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Mediante simulaciones de Monte Carlo (algoritmo de baño térmico y condiciones de frontera libre), se evaluó el impacto de interacciones a primeros (J1) y segundos (J2) vecinos, anisotropías magnetocristalinas y campos externos dependientes e independientes del tiempo. Como réplica de validación y contraste con el sistema nanoescalado, se determinaron primero los estados base, diagramas de fase a temperatura finita y comportamientos histeréticos de una red cuadrada bipartita en el volumen. Los resultados en la nanopartícula ferrimagnética sin efectos superficiales revelaron que la anisotropía D1 genera temperaturas pseudocríticas (Tpc) y de compensación (Tcomp), mientras que D2 solo produce Tpc. Al promediar las anisotropías (D1 = D2 = D), emergen ambos fenómenos. El aumento del tamaño del nanosistema incrementa la Tcomp y simetriza los ciclos de histéresis en las direcciones de fácil y difícil magnetización, aproximándose al comportamiento del material en volumen, donde la anisotropía modula la dinámica de magnetización y el fenómeno de exchange bias. Al incorporar los efectos de superficie, se demostró que la anisotropía superficial (DS), diferenciada de la del núcleo (DN), posee un impacto crítico. En tamaños reducidos (donde la fracción de espines superficiales es significativa), un DS < 0 genera frustración magnética, intensifica la magnetización en el estado base, modifica la histéresis e induce estados superparamagnéticos. Con el aumento del diámetro, las Tcomp se desplazan hacia valores menores para acoplamientos DS más negativos, evidenciando el balance energético núcleo-superficie. Finalmente, se contrastaron dos escenarios específicos de 2 nm: el caso ferromagnético (J1 > 0) en equilibrio y el caso ferrimagnético bajo régimen dinámico. Para el nanoferromagneto, un DS > 0 estabiliza la magnetización, mientras que un DS < 0 la reduce progresivamente, exhibiendo lazos de histéresis amplios y desplazados (exchange bias) sin registrar Tcomp. Por otro lado, bajo campos magnéticos alternos (h(t)) mediante un método Monte Carlo dinámico heurístico (MCMD-H), el sistema ferrimagnético exhibió inercia magnética y retardo de fase, manifestando una compresión vertical de la magnetización al incrementar la frecuencia (ν). La conservación de los campos críticos confirmó que la conmutación de dominios permanece regida por barreras de energía estáticas. Este trabajo aporta un marco predictivo robusto para el diseño y síntesis de nuevos nanomateriales con propiedades magnéticas controladas.