GG01: Temperatura en sistemas magnéticos: implementación computacional

Profesor: Gonzalo Gutiérrez, Departamento de Física, Facultad de Ciencias. 

Vacantes: 1 estudiante 

En los sistemas magnéticos, la temperatura no se asocia a la energía cinética de las partículas, como en los sistemas clásicos, sino a los grados de libertad configuracionales de los espines. Cada espín puede representarse como un vector de magnitud fija que evoluciona bajo interacciones magnéticas descritas, por ejemplo, por el hamiltoniano de Heisenberg. 

En las simulaciones de dinámica de espines tradicionales, la temperatura suele introducirse mediante un baño térmico estocástico, que incorpora fricción y ruido aleatorio en las ecuaciones de movimiento (como en la ecuación de Landau–Lifshitz–Gilbert). Este procedimiento controla la temperatura externamente, sin que emerja del propio sistema. 

En contraste, basándonos en nuestros trabajos previos [1, 2], proponemos un enfoque destinado a medir la temperatura de un sistema magnético aislado a partir de sus configuraciones de espines, mediante un estimador análogo al teorema de equipartición, definido solo en función de las variables angulares o configuracionales. 

El proyecto específico que aquí se plantea consiste en implementar este estimador de temperatura desarrollado en [1] dentro del programa LAMMPS [2], permitiendo calcular la temperatura directamente a partir de las configuraciones de espines, sin recurrir a termostatos estocásticos. Esto abrirá la posibilidad de realizar simulaciones de espines bajo un esquema completamente determinista, análogo al de la dinámica molecular clásica de partículas. 

1.       ​G. Gutiérrez, S. Davis, G. Palma. Configurational temperature in constrained systems: the case of spin dynamics. J. Phys. A: Math. Theor., 51 (2018) 455003. 

2.       ​G. Gutiérrez, S. Davis, C. Esparza. Temperature in magnetic systems: Evolution towards thermal equilibrium by spin dynamics simulation. Physica A: Statistical Mechanics & its Applications, Vol. 591 (2022), 126729. 

3.      LAMMPS, https://docs.lammps.org/Howto_spins.html