Thesis:

Conical-helix magnetic textures stabilized in thin films with different kinds of Dzyaloshinskii-Moriya interaction

In the last decade, the observation of chiral spin textures in magnetic materials, stabilized by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, has sparked great interest due to their potential applications in spintronics. Those chiral spin textures are presented in different systems, such as ultrathin ferromagnetic films with a specific lack of inversion symmetry in their crystallographic structure. This kind of system spawns a new interaction between spins, called Dzyaloshinskii-Moriya coupling, which differs from the usual interactions since it induces a canting of the spins with a given chirality. It has been reported that in thin films with DM interaction, the magnetization profile follows a conical helix. This work is focused on finding how the conical-helix spin textures depend on the size of the ultrathin film, considering different classes of symmetries for the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, such as the $T$ (bulk), $C_{nv}$ (interfacial), $D_{2d}$, anisotropic, $D_n$, and $C_n$ symmetry classes. In the first chapter, the formalism to describe the problem is introduced, detailing the continuum energy terms associated with the different interactions of the system. Then in the second chapter a simple model that characterizes the magnetic texture is proposed, and the total energy of the film is minimized, thus obtaining the parameters that characterize it. Subsequently, the variation of these parameters are analyzed as the film size decreases. The process is repeated for different classes of symmetries of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, and the confinement effects are analyzed for each case. Additionally, analytical formulas for the nucleation fields for each symmetry class were obtained.

En la última década, la observación de texturas de espín quirales en materiales magnéticos, estabilizadas por la interacción Dzyaloshinskii-Moriya, ha despertado gran interés debido a sus posibles aplicaciones en espintrónica. Estas texturas de espín quirales se presentan en diferentes sistemas, como películas ferromagnéticas ultrafinas con una falta específica de simetría de inversión en su estructura cristalográfica. Este tipo de sistema genera una nueva interacción entre espines, denominada acoplamiento Dzyaloshinskii-Moriya, que difiere de las interacciones habituales al inducir una inclinación de los espines con una quiralidad dada. Se ha descrito que en películas delgadas con interacción DM, el perfil de magnetización sigue una hélice cónica. Este trabajo se centra en encontrar cómo las texturas de espín cónico-hélice dependen del tamaño de la película ultradelgada, considerando diferentes clases de simetrías para la interacción de Dzyaloshinskii-Moriya, como las clases de simetría $T$ (bulk), $C_{nv}$ (interfacial), $D_{2d}$, anisotrópica, $D_n$ y $C_n$. En el primer capítulo, se introduce el formalismo para describir el problema, detallando los términos de energía del continuo asociados a las diferentes interacciones del sistema. Posteriormente, en el segundo capítulo, se propone un modelo simple que caracteriza la textura magnética y se minimiza la energía total de la película, obteniendo así los parámetros que la caracterizan. Posteriormente, se analiza la variación de estos parámetros a medida que disminuye el tamaño de la película. El proceso se repite para diferentes clases de simetrías de la interacción de Dzyaloshinskii-Moriya, y se analizan los efectos de confinamiento para cada caso. Además, se obtuvieron fórmulas analíticas para los campos de nucleación para cada clase de simetría.