Nanomagnetismo y Nanotecnología

El objetivo principal de la asignatura será ofrecer a los alumnos una introducción al magnetismo y sus aplicaciones centrándose en del campo emergente de los materiales nanoestructurados. Partiendo de los conceptos básicos del electromagnetismo y la mecánica cuántica, la primera parte de la asignatura se tratarán los fenómenos magnéticos básicos tanto desde el punto de vista experimental como teórico. Se hará hincapié un enfoque fenomenológico, sacrificando en ocasiones desarrollos más precisos y complejos. La segunda parte de la asignatura tiene como objetivo ofrecer un resumen de las propiedades de los materiales nanomagnéticos más utilizados por su interés científico y tecnológico, destacando sus aplicaciones más interesantes. Al finalizar el curso el estudiante comprenderá el nanomagnetismo como parte importante de la investigación actual en continua evolución.

Resultados del aprendizaje:

Con respecto a la materia Nanomagnetismo y nanotecnología, el alumno demostrará:

-Ser capaz de comprender y aplicar las bases teóricas y prácticas de los fenómenos magnéticos centrándonos en el campo emergente de los materiales nanoestructurados y sus aplicaciones tecnológicas.

- Entender el nanomagnetismo como una parte importante de la investigación actual en física de materiales en continua evolución

Introducción: momentos magnéticos, teorema de Bohr-van Leeuwen, magnetismo y mecánica cuántica.

Momentos magnéticos aislados: un átomo en un campo magnético. Susceptibilidad magnética, diamagnetismo, paramagnetismo. Reglas de Hund.

Interacciones magnéticas: interacción dipolo magnético, interacción de intercambio cuántico.

Ordenamiento y estructuras magnéticas: ferromagnetismo, antiferromagnetismo, ferrimagnetismo, ordenamiento helicoidal, vidrios giratorios.

Orden magnético y ruptura de simetría: ruptura de simetría. Modelos (Landau, Heisenberg, Ising, XY). Consecuencias de la ruptura de la simetría: existencia de transiciones de fase, rigidez, excitaciones magnéticas: ondas de espín, defectos. Transiciones de fase, campo medio, exponentes críticos.

Magnetismo itinerante: el paramagnetismo de Pauli. Diamagnetismo de Landau. Ondas de densidad de espín. Magnetismo y estructura electrónica.

Estructuras de dominio: Energía de anisotropía magnética. Paredes de dominio. Formación de dominios. Procesos de magnetización.

Nanopartículas magnéticas: Dependencia de la estructura del dominio del tamaño de partícula: partículas monodominio. Modelo Stoner-Wolfarth. Superparamagnetismo. Aplicaciones tecnológicas. Nanopartículas metálicas. Propiedades ópticas. Nanoantenas.

Láminas y capas magnéticas. Magnetismo de superficie. Ajuste magnético entre capas. Aplicaciones tecnológicas.

Magnetorresistencia y sus aplicaciones tecnológicas: Magnetorresistencia normal. Magnetorresistencia gigante. Magnetorresistencia colosal. Magnetorresistencia por efecto túnel. Aplicaciones: válvulas giratorias, memorias magnéticas y sensores. Efecto Hall. Espintrónica.

Bibliografía básica:

"Magnetism in condesed matter", Stephen Blundell, Oxford Master Series in Condensed Matter Physics, 2001.

Bibliografía complementaria:

"Spin electronics", M. Ziese, M. J. Thornton, Springer 2001.

"Magnetism. from fundamentals to nanoscale dynamics", J Stohr, H. C. Siegmann, Springer 2006.

"Fundamentals of magnetism", M. Getzlaff, Springer 2008.

"Principes of nanomagnetism", A. P. Guimaraes, Springer 2009.

"Quantum theory of magnetism", W. Nolting, Springer 2009.

"Magnetism and magnetic materials", J. D. M. Coey, Cambridge, 2010.

"Introduction to nanoscience", S. M. Lindsay, Oxford, 2010.

"Fundamentals of nanotechnology", G. L. Horniak et al. CRC Press, 2009.

"Nanoscience and technology: A collection reviews from Nature journals. Editado por P. Rogers. Nature publishing group. 2010.

"Introduction to spintronics", S. Bandyopadhyay, CRC Press, 2008.

Las competencias que se espera que los estudiantes adquieran en esta asignatura son conocimientos específicos de magnetismo, así como las bases introductorias de otras disciplinas centrales como Física Estadística, Mecánica Cuántica, Estado Sólido y Electrónica.

COMPETENCIAS BÁSICAS

CB1 - Que los alumnos demuestren posesión y comprensión de conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y que se encuentra habitualmente en un nivel que, aunque apoyado en libros de texto avanzados, también incluye algunos aspectos que involucran conocimientos de vanguardista de su campo de estudio
CB2-Que los alumnos sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de forma profesional y dispongan de las habilidades que habitualmente se demuestran a través de la elaboración y defensa de argumentos y resolución de problemas dentro de su área de estudio.
CB3-Que los estudiantes tengan la capacidad de recopilar e interpretar datos relevantes (generalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de carácter social, científico o ético.

COMPETENCIAS GENERALES

CG1 - Conocer los conceptos, métodos y resultados más importantes de las diferentes ramas de la Física, junto con una cierta perspectiva histórica de su desarrollo.
CG2 - Tener la capacidad de recopilar e interpretar datos, información y resultados relevantes, sacar conclusiones y emitir informes razonados sobre campos científicos, tecnológicos o de otro tipo que requieran el uso de conocimientos de Física.
CG3 - Aplicar tanto los conocimientos teórico-prácticos adquiridos como la capacidad de análisis y abstracción en la definición y formulación de problemas y en la búsqueda de sus soluciones en contextos tanto académicos como profesionales.

COMPETENCIAS TRANSVERSALES

CT1 - Adquirir capacidad de análisis y síntesis.
CT2 - Tener la capacidad de organizar y planificar.
CT5 - Desarrollar un razonamiento crítico.

COMPETENCIAS ESPECÍFICAS

CE1 - Tener un buen conocimiento de las teorías físicas más importantes, ubicando en su estructura lógica y matemática, su soporte experimental y el fenómeno físico que a través de ellas se puede describir.
CE2 - Ser capaz de manejar con claridad órdenes de magnitud y realizar estimaciones adecuadas para desarrollar una percepción clara de situaciones que, aunque físicamente diferentes, muestran cierta analogía, permitiendo el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas.
CE5 - Ser capaz de llevar a cabo lo esencial de un proceso o situación y establecer un modelo de trabajo del mismo, así como realizar los planteamientos necesarios para reducir el problema a un nivel manejable. Demostrará poseer pensamiento crítico para construir modelos físicos.
CE6- Comprender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más utilizados en Física.
CE8 - Ser capaz de manejar, buscar y utilizar la bibliografía, así como cualquier fuente de información relevante y aplicarla en trabajos de investigación y desarrollo técnico de proyectos.

Las actividades a partir de las cuales se desarrollará la docencia de la asignatura serán de varios tipos: clases teóricas, seminarios y problemas. La participación de los estudiantes será fundamental en seminarios y clases de problemas. También se facilitarán al alumno horas de tutorías para la discusión individualizada de las dudas que puedan surgir sobre los contenidos de las asignaturas.

La asistencia a la clase será obligatoria y la evaluación será continua y se realizará mediante la entrega de boletines de ejercicios, la realización de controles y / o la realización de un trabajo monográfico sobre un tema de bibliografía reciente de interés para el curso. También habrá un examen final, la fecha fijada por el decano para aquellos alumnos que no superen una evaluación continua o quieran subir de nota. El examen final consistirá en la resolución de varios problemas relacionados con los contenidos y técnicas estudiadas en la asignatura junto con breves preguntas conceptuales y / o una prueba de tipo test.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será
de aplicación el recogido en la “Normativa de evaluación del rendimiento
académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones”.

Artículo 16. Realización fraudulenta de ejercicios o pruebas.
La realización fraudulenta de algún ejercicio o prueba exigido en la
evaluación de una materia implicará la calificación de suspenso en la
convocatoria correspondiente, con independencia del proceso
disciplinario que se pueda seguir contra el alumno infractor. Se
considera fraudulenta, entre otras, la realización de trabajos plagiados
u obtenidos de fuentes accesibles al público sin reelaboración o
reinterpretación y sin citas a los autores y de las fuentes.

Se trata de una asignatura de 4,5 créditos ECTS. Corresponde a 45 horas de clases presenciales, 24 expositivas y 18 interactivas, 3 de tutorías y 67,5 horas de trabajo personal.

Se trata de una asignatura compleja en la que al alumno se le presentarán muchos conceptos que posteriormente desarrollará en otras asignaturas troncales. Se recomienda mantener la asignatura actualizada, intentando reproducir los cálculos de la clase, consultar la bibliografía recomendada para aclarar aquellos puntos que representen alguna dificultad para el alumno y sobre todo utilizar las tutorías para la resolución de todas las dudas que surjan.