Orden y auto-organización en un modelo XY de dipolos magnéticos

Abstract

Este artículo investiga la ordenación y autoorganización en un modelo XY compuesto por dipolos magnéticos, enfocándose en la generación espontánea de estructuras como vórtices y anti-vórtices mediante simulaciones computacionales. Se explora cómo las interacciones simples a nivel microscópico conducen a complejidades a gran escala, y cómo la alineación de espines a bajas temperaturas puede interpretarse como un esfuerzo del sistema por minimizar su energía libre de Helmholtz, en línea con la segunda ley de la termodinámica. Se discute la relevancia de la energía libre de Helmholtz, especialmente a bajas temperaturas, donde la minimización de la energía se vuelve más crítica que el incremento de la entropía. Este trabajo contribuye a una mejor comprensión de la dinámica y termodinámica de los sistemas complejos, ofreciendo perspectivas interdisciplinarias para el estudio de fenómenos de emergencia, transiciones de fase y autoorganización.

This paper investigates ordering and self-organization in an XY model composed of magnetic dipoles, focusing on the spontaneous generation of structures such as vortices and anti-vortices through computational simulations. It explores how simple microscopic interactions lead to large-scale complexities and how the alignment of spins at low temperatures can be interpreted as the system’s effort to minimize its Helmholtz free energy, in line with the second law of thermodynamics. The relevance of Helmholtz free energy is discussed, especially at low temperatures, where energy minimization becomes more critical than entropy increase. This work contributes to a better understanding of the dynamics and thermodynamics of complex systems, offering interdisciplinary perspectives for studying emergence phenomena, phase transitions, and self-organization.