Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-10-02T18:32:37Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2345727 bytes, checksum: a83a72325a2c418237b064d52140caa2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-02T18:32:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2345727 bytes, checksum: a83a72325a2c418237b064d52140caa2 (MD5) Previous issue date: 2017-07-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Vórtices magnéticos tem sido alvo de intensa investigação nos últimos anos devido a possibilidades de aplicação em diversas áreas, como dispositivos lógicos, de memórias e até mesmo em combate ao câncer. Este trabalho tem como objetivo estudar e caracterizar estes vórtices em dois sistemas diferentes e suas possíveis aplicações como eficientes injetores e coletores de spin em semicondutores, sendo utilizadas para tal fim medidas de magnetorresistência Gigante (GMR) nos dispositivos híbridos laterais investigados. As duas amostras utilizadas são redes de discos de níquel evaporados sobre silício, construídos por litografia, e um sistema de aglomerados de permalloy eletrodepositados sobre silício. Para caracterizar a magnetização foram utilizadas diversas técnicas, como medidas de Magneto-optic Kerr Effect (MOKE) e de magnetorresistência (em configurações locais e não locais), além de ressonância ferromagnética e estudos teóricos feitos através de simulação com Mumax para determinar o estado fundamental e a histerese deste tipo de sistemas. Nossa proposta é de que este tipo de magnetização em vórtice é mais eficiente para medidas de GMR em comparação aos eletrodos ferromagnéticos compostos por monodomínio unidirecionais, pois não é necessário o uso de uma camada antiferromagnética para fazer o pinning de um dos contatos ferromagnéticos, já que os vórtices em rede se alinham antiferromagnéticamente no estado fundamental para minimização de sua energia. Foi possível observar o sinal de GMR mesmo em distâncias de 100 μm, que estão muito acima dos valores usualmente encontrados na literatura, característica que traz grande potencial destes sistemas em aplicações práticas. / Magnetic vortex have been subject of intense investigation in the past years due to the several possibilities of application in many areas of interest, such as logic and memory devices and even in cancer treatment. This work aims to study and characterize these vortex in two different systems and its possible applications as efficient spin injectors and collectors in semiconductors, being used for this purpose giant magnetoresistance measurements in the lateral hybrid devices. The two samples used are an array of nickel disks evaporated over silicon made by lithography technique and a system of Permalloy clusters electrodeposited over silicon. To characterize the magnetization several techniques were used, such as Magneto-optic Kerr Effect (MOKE) and magnetoresistance measurements (both local and non-local), ferromagnetic resonance, and a theoretical study using Mumax simulations to determine the fundamental state and the hysteresis of this kind of systems. Our proposal is that these vortex magnetizations are more efficient for GMR measurements than mono domain ferromagnetic electrodes since it is not necessary the use of an antiferromagnetic layer to pin one of the contacts, since the vortex array align in an antiferromagnetic structure to minimize its energy. It was possible to measure a clear signal of GMR even in distances around 100 μm, which are far greater than the values usually found in the literature, facts that bring much potential for these systems in new applications.

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-10-03T10:53:33Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10429762 bytes, checksum: cb03d1777b2fc2df7f87c8c4d53c0bb9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-03T10:53:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10429762 bytes, checksum: cb03d1777b2fc2df7f87c8c4d53c0bb9 (MD5) Previous issue date: 2017-04-03 / Nesta tese estudamos a influência de segundos vizinhos na termodinâmica e na dinâmica de redes de skyrmions. Na primeira parte usamos técnicas de Monte Carlo para estudar a termodinâmica de redes de spins quadradas com interações quirais. Como principal resultado, através do cálculo do calor especı́fico, da susceptibilidade magnética longitudinal e do número de skyrmions na rede, obtivemos o diagrama de fase, interação de Dzyaloshinskii-Moriya entre segundos vizinhos versus campo magnético, para diferentes intensidades de interações de troca entre segundos vizinhos. Além de reproduzir resultados da literatura, quando as interações com os segundos vizinhos é zero, nossos resultados mostram que sistemas com interações antiferromagnéticas mais fortes, entre segundos vizinhos, apresentam a fase skyrmiônica num intervalo maior de campo magnético. Essas interações podem fornecer ainda outras contribuições importantes, como alteração no perı́odo dos estados helicais e parâmetro de rede das redes de skyrmions, bem como influenciam diretamente o raio dos skyrmions. Na segunda parte desta tese estudamos a evolução temporal de redes de skyrmions na presença de cor- rentes polarizadas de spins, na rede limpa e com vacâncias, utilizando as equações de Landau-Lifshitz-Ginzburg. Nossos estudos apontam que sistemas com uma concen- tração grande de impurezas (1%) atrapalham o deslocamento dos skyrmions, atuando como forças de “pinning”, podendo levar à destruição de skyrmions alterando a forma hexagonal original da rede. Além disso, detectamos uma velocidade transversal à cor- rente aplicada, que corresponde à uma contribuição de origem topológica ao efeito Hall, ligeiramente maior para os sistemas em que a interação com segundos vizinhos é maior, indicando que em tais sistemas possa ser mais fácil a detecção de tal efeito. / In this thesis we have studied the influence of second neighbors in thermodynamics and dynamics of skyrmions lattices. In the first part we have investigated skyrmion lattices and helical states in two-dimensional chiral magnets. We have performed Monte Carlo simulations and considered the Heisenberg exchange and DM interactions until second neighbor. Beyond reproduce previous studies, where second neighbours interactions are taken to be zero, these new terms induce very different and interesting effects on the helical and skyrmion phases as compared to the usual studies which consider only first neighbor interactions. Orientations and dimensions of the stripes can be changed drastically as second neighbors interactions intensity are varied (for the same external magnetic field). On the other hand, the shapes of the skyrmion crystals are also strongly affected by these new couplings as skyrmions change their sizes, positions and so on. The main aim was to find a phase diagram Dzyaloshinskii-Moriya interaction versus magnetic field for some values of exchange interaction between second neighbors. These diagrams show different windows for skyrmion lattices and, in addition, they emphasises that the antiferromagnetic interactions between second neighbors favour skyrmion crystals with small skyrmion lattice constant. In the second part of this thesis, we have studied the lattice time evolution in the presence of polarized spin currents, with and without vacancies. We have used Runge-Kutta fourth order to solve the Landau-Ginzburg-Lifshitz’s equation for our systems. Our studies indicate that big concentrations of impurities hamper skyrmion movement, acting like pinning forces, which can lead to de destruction of skyrmions, changing original hexagonal skyrmion lattice. We have detected a transversal velocity, that is a contribution with topological origin to Hall effect, slightly bigger for systems with bigger second neighbor interactions, indicating that in such systems contributions to topological Hall effect would be more easy to be detected.

Resumo não disponível

Resumo não disponível

A observação de objetos compactos com campos magnéticos superficiais da ordem de 1014 − 1015 G, denominados magnetares, tem chamado a atenção para os efeitos de campos magnéticos intensos na matéria nuclear e nas propriedades observacionais de estrelas compactas. No interior de magnetares, é esperado que os campos magnéticos sejam ainda mais intensos, podendo alcançar intensidades de até 1019 G. Nesse trabalho, estudamos os efeitos de campos magnéticos intensos nas equação de estado e estrutura de estrelas de nêutrons. Descrevemos a matéria nuclear dentro das estrelas em um novo formalismo relativístico de campo médio, que introduz forças de muitos corpos através de uma dependência dos campos escalares nas constantes de acoplamento da interação nuclear. Assumindo que a matéria encontra-se `a temperatura nula, eletricamente neutra e em equilíbrio beta, e populada pelo octeto babilônico, elétrons e múons, exploramos o espaço de parâmetros do modelo, de modo a descrever as propriedades da matéria nuclear na saturação, bem como estrelas de híperons massivas. Além disso, no contexto do assim chamado hyperon puzzle, investigamos o papel dos potenciais hiperônicos na relação massa-raio e na população dessas estrelas, através da solução das equações de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV). A presença de campos magnéticos gera uma quantização de Landau nos níveis de energia das partículas carregadas e também uma anisotropia nas componentes do tensor energia momentum. Os efeitos do momento magnético anômalo das partículas nos níveis de energia de todas as partículas também são calculados, incluindo as não-carregadas, e mostramos que estes também aumentam a magnetização da matéria. Finalmente, introduzimos os campos magnéticos na estrutura das estrelas através da solução auto-consistente das equações de Einstein-Maxwell. Essas soluções nos permitem descrever modelos estelares axissimétricos estacionários, nos quais assumimos um campo magnético poloidal. Assim, consideramos a matéria sob a ação de um campo magnético estático que depende da densidade, alcançando intensidades da ordem de 1018 G no centro das estrelas. Concluímos que campos magnéticos têm efeitos significativos na sua população, mas apenas os efeitos do campo magnético na estrutura das estrelas possuem grande influências nas propriedades globais, como a massa máxima e a deformação desses objetos. / The observation of compact objects with surface magnetic fields as strong as 1014 − 1015 G, denominated magnetars, has drawn attention to the study of the effects of strong magnetic fields on nuclear matter and compact stars observational properties. In the interior of magnetars, the magnetic fields are expected to be even stronger, and might reach values up to 1019 G. In this work, we study the effects of strong magnetic fields on the equation of state and structure of neutron stars. We describe nuclear matter inside stars in a new relativistic mean field formalism that takes many-body forces into account, by means of a field dependence of the nuclear interaction coupling constants. Assuming that matter is at zero temperature, charge neutral, beta-equilibrated and populated by the baryonic octet, electrons and muons, we explore the parameters space of the model in order to describe the nuclear matter properties at saturation, as well as massive hyperon stars. Also, in the context of the so called hyperon puzzle, we investigate the role of hyperon potentials in the mass-radius relation and population of hyperon stars, by solving the Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) equations. The presence of the magnetic fields generates a Landau quantization on the energy levels of the charged particles and also an anisotropy in the components of the energymomentum tensor. We also calculate the effects of the anomalous magnetic moment of the particles on the energy levels of all particles, including the uncharged ones, and show that it increases the magnetization of the matter. Finally, we introduce the magnetic fields in the strutucture of stars by solving the Einstein-Maxwell equations self-consistently. These solutions lead to stationary and axisymmetric stellar models, in which a poloidal magnetic field is assumed. Hence, the matter is considered to be under a static density dependent magnetic field, reaching intensities of the order of 1018 G at the center of the stars. We conclude that magnetic fields affect significantly the particles population of the stars, but only the effects on the structure of stars have strong influence on the global properties, as maximum masses and deformation, of these objects.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades magnéticas e de magneto-transporte de sistemas caracterizados por correlações entre supercondutividade e magnetismo. Tais sistemas são amostras policristalinas do rutenocuprato RuSr2GdCu2O8, amostras texturizadas do ferro-calcogeneto FeSe0.5Te0.5 e um monocristal do sistema Ba0.84K0.16Fe2As2. No caso do sistema FeSe0.5Te0.5 medidas de transporte térmico foram também realizadas. Três amostras de RuSr2GdCu2O8, distintas quando ao tratamento térmico utilizado na sua preparação, foram estudadas. Foi possível isolar a contribuição da sub-rede de rutênio à magnetização, possibilitando uma estimativa para o momento magnético efetivo para este subsistema no regime paramagnético. Estuda-se as propriedades de magneto-transporte, através de experiências de magnetorresistência e efeito Hall, nas fases normal e supercondutora. Observa-se que a condução na fase normal tem uma forte contribuição dos planos de atômicos de Ru-O, e é consideravelmente afetada pelo magnetismo destas camadas. Efeitos de supressão de desordem de spin são observados. Discute-se também o processo de condução por duas correntes e a possível estabilização de polarons ferromagnéticos originados pela flutuação de valência do Ru. Um estudo de magneto-transporte e magnetização foi realizado nas amostras dos supercondutores FeSe0.5Te0.5 e Ba1-xKxFe2As2. Os resultados de magneto-transporte do sistema FeSe0.5Te0.5 mostram que o comportamento geral da resistividade se assemelha à fenomenologia do tipo rede de Kondo. Em altas temperaturas o transporte neste sistema é incoerente e feito dominantemente pelo mecanismo de saltos (hopping). Propomos que ressonâncias eletrônicas ocorram nos sítios do Fe por efeito de hibridização entre as bandas de elétrons e de lacunas. Tais ressonâncias correspondem a fortes variações na densidade eletrônica em torno dos sítios do Fe, favorecendo a formação progressiva, com a diminuição da temperatura, de momentos magnéticos locais. Resultados de efeito Seebeck nesta amostra reforçam esta interpretação. A amostra estudada do sistema Ba1-xKxFe2As2, mesmo sendo um monocristal, apresenta efeitos de desordem associados à presença de junções fracas que são observáveis nas propriedades de magneto-transporte. Também neste sistema, a dependência em temperatura do coeficiente Hall na fase normal revela a ocorrência de flutuações de spin associadas à formação de ressonância eletrônica nos sítios de Fe. / This work presents an experimental study of magnetic and magneto-transport properties of systems characterized by correlations between superconductivity and magnetism. Such systems are polycrystalline samples of rutenocuprate RuSr2GdCu2O8, textured samples of ironchalcogenide FeSe0.5Te0.5 and a single crystal of iron-pnictide Ba0.84K0.16Fe2As2. In the sample of system FeSe0.5Te0.5 thermal transport measurements were performed. Three distinct heat treatment were used in the preparation of RuSr2GdCu2O8 studied samples. In this system, was possible to isolate the contribution to the magnetization due to ruthenium subnet. It’s allowed the estimative for the effective magnetic moment for this subsystem in the paramagnetic regime of the studied samples. Magneto-transport properties was studied through magnetoresistance and Hall Effect experiments in superconducting and normal phases. The electrical transport in the normal phase has a strong contribution from Ru-O atomic plans, which are considerably affected by the magnetism that stabilizes there. Effects of spin disorder suppression are observed. We also discuss the process of conduction by two bands model and the possible stabilization of ferromagnetic polarons generated by valence fluctuating of Ru.A study of magneto-transport and magnetization was also performed in FeSe0.5Te0.5 and Ba0.84K0.16Fe2As2 superconducting samples. The FeSe0.5Te0.5 system shows a resistivity behavior that resembles the phenomenology of the Kondo type network. At high temperatures the transport is incoherent and predominantly done by hopping. We propose that electronic resonances occur at sites of Fe by the hybridization effect between electron and hole bands. This corresponds to strong variations in the electron density around the Fe sites, that promotes with decrease of the temperature a progressive formation of the local magnetic moments. Seebeck Effect results in this sample reinforce this interpretation. The Ba0.84K0.16Fe2As2 studied, even as a single crystal, shows effects of disorder associated with the presence of weak junctions, observable in the magneto-transport properties. In this system, the temperature dependence of Hall coefficient in the normal phase reveals the occurrence of fluctuations related to the spin electronic resonance formation at the site of Fe.

Made available in DSpace on 2016-03-07T19:20:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-10-30. Added 1 bitstream(s) on 2016-03-07T19:24:10Z : No. of bitstreams: 1 000857831.pdf: 1510923 bytes, checksum: cec6614977c8c885435b8db6a07b814f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O estudo da Eletricidade, dentro da disciplina de Física, possui um conteúdo muito extenso, com conceitos abstratos e de difícil compreensão. Em função disso, o desinteresse pelo estudo torna-se uma constante entre muitos alunos. Esse quadro pode ser em parte, revertido, adotando-se atividades experimentais em sala de aula, a fim de expor a aplicabilidade do conteúdo em situações práticas. Para tanto, o presente trabalho propõe um material didático-pedagógico que explore os conteúdos da Eletricidade de forma interativa, a fim de estimular os alunos a compreender, questionar e a buscar mais conhecimento. Para a elaboração deste material utilizou-se os seguintes referenciais teóricos: Experimentação no ensino de Física; Teoria de Lev Semenovitch Vygotsky; David Paul Ausubel e a Aprendizagem Significativa; Laurence Stenhouse e o Currículo do Estado de São Paulo. Os experimentos propostos utilizaram materiais de baixo custo e materiais obtidos a partir de sucata. Todos eles foram aplicados na sequência didática de Física na 3ª série do Ensino Médio de uma Escola Pública e como introdução nos conteúdos de Química. A experimentação facilitou o processo de ensino-aprendizagem, uma vez que despertou interesse entre os alunos, com a participação de todos nas atividades experimentais. O maior problema encontrado foi o tempo necessário para o preparo e realização de alguns experimentos e a ausência de profissionais técnicos em laboratório. O material proposto pode ser utilizado por professores de Física e aplicados em sala de aula / The study of Electricity, in the discipline of Physics, has a very extensive content with abstract concepts difficult to understand. As a result, the lack of interest by the study, it becomes a constant among many students. This situation can be partly reversed, adopting experimental activities in the classroom, in order to expose the applicability of the content in practical situations. It proposes a didactic-pedagogic material that exploits the contents of Electricity interactively, in order to stimulate students to understand, to question and to seek more knowledge. For the elaboration of this material was used the following theoretical frameworks: Experimentation in Physics teaching; Lev Semenovitch Vygotsky's theory; David Paul Ausubel and Meaningful Learning; Laurence Stenhouse and the Curriculum of the State of São Paulo. The proposed experiments used low cost and scrap materials. They were applied in the didactical sequence of physics at the 3rd high school grade in a public school and as an introduction to chemistry content. The experiments have facilitated the process of Teaching- Learning, because awakened interest among students, with participation of everyone in the experimental activities. The most problem encountered was the time required for preparation and execution of some experiments and lack of professional technical in the laboratory. The proposed material can be used by teachers of physics and applied in the classroom

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2165.pdf: 2507702 bytes, checksum: b540653a8b4ae6c1222e1604fe9365c1 (MD5) Previous issue date: 2008-12-11 / Magnetic properties of electrodeposited of chromium and chromium-cobalt thin films on cooper substrate were investigated. The samples were prepared without introduction of additives. This procedure following to samples with granular structure. Magnetization measurements as a function of applied magnetic field and temperature show that the magnetic behavior exhibit a strong dependence on the thickness of the electrodeposited film and the samples presents a superparamagnetic behavior associated with the formation of ferromagnetism surface. / Foram investigadas as propriedades magnéticas de filmes de cromo e cromocobalto eletrodepositados em substrato de cobre, utilizando o processo de eletrodeposição. As amostras foram preparadas sem a inclusão de aditivos. Este procedimento levou a obtenção de amostras com estrutura granular. As medidas de magnetização como função do campo magnético aplicado e da temperatura foram realizadas e mostram que o comportamento magnético tem uma forte dependência com a espessura do filme eletrodepositado levando as amostras a exibirem um comportamento superparamagnético associada à formação de ferromagnetismo superficial.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3015.pdf: 6662124 bytes, checksum: 2e073d936c97a8215f1bd456197367e5 (MD5) Previous issue date: 2010-03-22 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work we studied the magnetic properties of nickel ferrite and the (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)-xPbTiO3/NiFe2O4 (PMN-PT/NFO) multifferroic composite syntherized in different temperatures. The magnetization, magnetostriction and magnetoelectric effect measurements were performed as a function of applied magnetic field at room temperature. The goals of the work were the developement of the instrumentation. For magnetoestriction measurements a capacitive cell was design for this application. The magnetoelectric measurements were performed in two experimental setup: one uses the Physical Properties Measurements System (PPMS) by Quantum Design and the other system was adapted in a vibration sample magnetometer (VSM) We observed that magnetic properties present a dependence with the synthesis conditions as well as the nickel ferrite than the composite sample. We observed also an intrinsic dependence with the magnetostriction properties of composite. / Nessa dissertação estudamos as propriedades magnéticas de amostras de ferritas de níquel e do compósito multiferróico (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)- xPbTiO3/NiFe2O4 (PMN-PT/NFO) sinterizado em diferentes temperaturas. Foram realizadas medidas de magnetização em função do campo magnético, medidas de magnetoestricção e medidas do efeito magnetoelétrico. O foco principal do nosso estudo foi o desenvolvimento de uma instrumentação para a realização de tais medidas. Para isso, foi aperfeiçoada uma célula capacitiva desenvolvida durante meu trabalho de iniciação científica para a realização de medidas de magnetoestricção. Além disso, foram montados dois sistemas para a realização de medidas de efeito magnetoelétrico. Um desses sistemas utiliza utiliza o Physical Properties Measurement System (PPMS) da Quantum Design e o outro utiliza um magnetômetro de amostra vibrante (VSM). Observamos que, tanto nas amostras de ferrita quanto nas amostras de compósito, existe uma dependência das propriedades magnéticas com a temperatura de sinterização. Além disso, também foi observada a dependência das propriedades magnetoelétricas com as propriedades magnetoestrictivas dos compósitos, no qual mostramos que o efeito magnetoelétrico é devido às propriedades magnetoestrictivas dos compósitos.

No presente trabalho foram investigadas as propriedades estruturais, magnéticas e magnetorresistivas de multicamadas magnéticas ultrafinas de Co/Pt acopladas ao IrMn, depositadas por desbastamento iônico tipo magnetron. As técnicas de caracterização utilizadas foram Difratometria e Reflectometria de Raios X, Microscopia de força. Atômica, Magnetometria por Gradiente de Força Alternada e Magnetorresist8ncia. O comportamento da magnetização foi simulado usando o modelo de rotação coerente. A análise dos resultados obtidos por magnetometria e magnetorresistencia mostraram que a anisotropia magnética das amostras de Co/Pt acopladas ao IrMn é córnea. O ângulo do cone foi determinado a partir da simulação dos resultados das curvas de magnetização com campo magnético aplicado no piano do filme, usando-se o modelo de rotação coerente. Para as válvulas de spin, foi observado que a camada semente tem forte influencia sobre as propriedades magnéticas e sobre a magnetorresistência gigante. / In the present work, the structural, magnetic and magnetoresistive properties of ultrathin magnetic Co/Pt multilayers, exchange-coupled to IrMn, deposited by magnetron sputtering, have been investigated. The characterization techniques used were X-ray diffraction and reflectometry, atomic force microscopy, Alternating Gradient-Force Magnetometry and Magnetoresistance. The magnetic behavior was simulated using a coherent rotation model. The magnetometry and magnetoresistance results showed that the magnetic anisotropy of the Co/Pt coupled to IrMn samples is a cone anisotropy. The cone angle was determined from the simulations of the magnetization curves with applied magnetic field at the films' plane, using a coherent rotation model. For the spin valves, it has been observed that the seed layer has a strong influence on the magnetic and giant magnetoresistance properties.