Topics in two-dimensional ferromagnetism

Abstract

Esta tesis consiste de dos partes. En la parte I, se modelan los grados de libertad magnéticos en el imán bidimensional de van der Waals CrI3. Se comienza desde un cálculo ab initio obtenido, mediante la aproximación de densidad local (LDA). Empleando un método autoconsistente, se incluye la repulsión electrónica local a través de una teoría de campo medio del Hamiltoniano de Kanamori, en los iones Cr+3. Utilizando un método de funciones de Green, se deduce un Hamiltoniano de spin, a partir del modelo electrónico, y se calcula el correspondiente espectro de magnones en torno al estado basal. Se encontró que un modelo de Heisenberg-Kitaev describe de forma aproximada el ferromagnetismo en CrI3. Además, se observó una estructura topológica no trivial en las excitaciones magnéticas. La parte II incluye dos proyectos desarrollados en el contexto de simulaciones micromagnéticas. En el primero de estos, se estudió la estabilidad de un Skyrmion antiferromagnético en la capa superior de una bicapa antiferromagnética. En el segundo proyecto, se investigó el equilibrio y la dinámica de una pared de dominio magnética en un nanotubo. Al respecto, se mostró que la velocidad máxima de la pared de dominio puede aumentar en presencia deuna interaccioń de Dzyaloshinskii-Moriya.

This thesis consists of two parts. In part I, we model the magnetic degrees of freedom in the van der Waals magnet CrI3. We start from an ab-initio Hamiltonian obtained with LDA calculations. Employing a self-consistent method, we include the local electronic repulsion as a mean-field theory of the Kanamori Hamiltonian on Cr+3 ions. Using a Green s functions method, we use the electronic Hamiltonian to calculate the corresponding spin Hamiltonian and the magnonic spectrum. A Heisenberg-Kitaev-Γmodel is found to describe the ferromagnetism adequately in CrI3. Also, we found a nontrivial topological structure in the spin excitations. Part II includes two projects carried out in the context of micromagnetic simulations. The first one studies the stability of an antiferromagnetic skyrmion in the top layer of a bilayer system. In the second project, we study the equilibrium and dynamics of a ferromagnetic domain wall on the surface of a nanotube. We show that the domain wall s velocity is increased in the presence of a Dzyaloshinskii-Moriya interaction.