Disorder and topology in spin systems

Abstract

Topological materials have gathered attention since the turn of the century due to the presence of several desirable properties such as chiral edge modes resilient disorder. Additionally, 2D magnetic materials have proven to have several desirable properties for implementation in spintronic devices. In the work pre sented in this thesis, the band-topological properties of certain 1D and 2D magnetic materials are explored, and the resilience and manipulation of these materials is probed, resorting to three types of real space disorder. Firstly, I present a novel way to manipulate topological properties of photo-induced topological ferromagnets using a strain engineering approach, with potential application in all-strain engineered topo logical spintronics. Secondly, I present a novel quasidisordered toy model showcasing for the first time the coexistence of 1D and 2D topological invariants in a purely 1D physical system. Such a system may be realizable in the context of spin systems and beyond. Lastly, some numerical and semi-analytical results on the impact of dilution in topological ferromagnets are presented, showcasing the resilience of topology to substitutional effects when a percentage of magnetic atoms is replaced by non-magnetic ones.

Os materiais topológicos têm suscitado interesse desde o virar do século devido à presença de várias pro priedades desejáveis, tais como modos de fronteira quirais resistentes à desordem. Além disso, materiais magnéticos 2D têm demonstrado ter várias propriedades desejáveis para implementação em dispositivos na área da spintrónica. No trabalho apresentado nesta tese, são exploradas as propriedades topológicas de banda de certos materiais magnéticos 1D e 2D, bem como a resiliência e manipulação desses ma teriais, recorrendo a três tipos de desordem no espaço real. Em primeiro lugar, apresento uma forma inovadora de manipular as propriedades topológicas de sistemas ferromagnéticos topológicos ilumina dos por lasers usando uma abordagem de engenharia de deformação ou strain, com potencial aplicação em spintrónica e magnónica topológica controlada inteiramente por deformações. Em segundo lugar, apresento um novo modelo quasi-desordenado simples, mostrando pela primeira vez a coexistência de in variáveis topológicos 1D e 2D num sistema físico puramente 1D. Este é realizável no contexto de sistemas de spin entre outros. Por último, são apresentados alguns resultados numéricos e semi-analíticos sobre o impacto da diluição em sistemas ferromagnéticos topológicos, demonstrando a resiliência da topologia aos efeitos de substituição quando uma percentagem de átomos magnéticos é substituída por átomos não magnéticos.