Intercambio antisimétrico

En física, el intercambio antisimétrico , también conocido como interacción Dzyaloshinskii-Moriya ( DMI ), es una contribución a la interacción de intercambio magnético total entre dos espines magnéticos vecinos, y . Cuantitativamente, es un término en el hamiltoniano que se puede escribir como ${\ estilo de visualización \ mathbf {S} _ {i}}$${\ estilo de visualización \ mathbf {S} _ {j}}$

En sistemas ordenados magnéticamente, favorece una inclinación de espín de momentos magnéticos alineados en paralelo o en antiparalelo y, por lo tanto, es una fuente de comportamiento ferromagnético débil en un antiferromagnético . La interacción es fundamental para la producción de skyrmions magnéticos y explica los efectos magnetoeléctricos en una clase de materiales denominados multiferroicos .

El descubrimiento del intercambio antisimétrico se originó a principios del siglo XX a partir de la controvertida observación de un ferromagnetismo débil en cristales típicamente antiferromagnéticos de α - Fe ₂ O _{3 .} ^[1] En 1958, Igor Dzyaloshinskii proporcionó evidencia de que la interacción se debía a las interacciones relativistas de la red de espín y del dipolo magnético basadas en la teoría de las transiciones de fase de segundo tipo de Lev Landau . ^[2] En 1960, Toru Moriya identificó el acoplamiento espín-órbita como el mecanismo microscópico de la interacción de intercambio antisimétrica. ^[1]Moriya se refirió a este fenómeno específicamente como la "parte antisimétrica de la interacción de superintercambio anisotrópica". La denominación simplificada de este fenómeno ocurrió en 1962, cuando D. Treves y S. Alexander de Bell Telephone Laboratories simplemente se refirieron a la interacción como intercambio antisimétrico. Debido a sus contribuciones fundamentales al campo, el intercambio antisimétrico a veces se denomina interacción Dzyaloshinskii-Moriya . ^[3]

La forma funcional del DMI se puede obtener a través de un análisis perturbativo de segundo orden de la interacción de acoplamiento espín-órbita entre iones ^[1] en el formalismo de superintercambio de Anderson . Tenga en cuenta que la notación utilizada implica que es un vector tridimensional de operadores de momento angular en el ion i , y es un operador de espín tridimensional de la misma forma:${\displaystyle {\sombrero {\mathbf {L} }}\cdot {\sombrero {\mathbf {S} }}}$${\ estilo de visualización i, j}$ ${\displaystyle {\sombrero {\mathbf {L} }}_{i}}$${\displaystyle {\sombrero {\mathbf {S} }}_{i}}$

Determinación de la orientación del vector Dzyaloshinskii-Moriya a partir de la geometría local

α -Fe ₂ O ₃ representada como hematita, la principal fuente de hierro para la industria del acero

Estructura cristalina de corindón que muestra las formas cristalinas de α -Fe ₂ O ₃ y α -Cr ₂ O ₃ (iones metálicos en rojo, iones de oxígeno en azul)