This work presents macroscopic and microscopic experiments of the disordered hexagonal double perovskite BaTi1/2Mn1/2O3, in order to characterize its electronic, magnetic and structural properties to support the possibility that this system hosts a spin liquid phase. Such assumption is based on the absence of a transition to a magnetically ordered phase in the magnetic and thermodynamic measurements, which points to a strong magnetic frustration in this material. In addition, it is observed the formation of a correlated spin state. To characterize this correlation, we resorted to Muon Spin Resonance (µSR) experiments to measure the low temperature spin dynamics. The zero field µSR relaxation regime displays dynamic magnetism down to T = 0.019 K and longitudinal field experiments support as well that dynamic magnetism persists at low temperatures, a behavior expected for a spin liquid system. The magnetic behavior of BaTi1/2Mn1/2O3 consists in the high temperature physics being dominated by the presence of magnetic trimers, magnetic dimers, and orphan spins. At lower temperatures, the effective magnetic degrees of freedom, composed by orphan spins and magnetic trimers, are correlated but no phase transition is detected down to T = 0.1 K, despite the effective exchange couplings between magnetic trimers and orphan spins being -8.5 K, resulting in a magnetic frustration parameter of at least 85. The possibility that disorder is responsible for the spin liquid ground state is discussed, however, other scenarios are not totally discarded. For example, the possibility that the measured state is not the true ground state, which could lie at even lowers temperatures or the possible formation of a spin glass state. This work raises questions that are not easy to answer. Ultimately, the growth of a single crystal is necessary to continue the characterization of BaTi1/2Mn1/2O3. Besides, theoretical and experimental developments in this field of research are needed to find a more direct and conclusive way to characterize the magnetic phases in this complex material. / Neste trabalho apresento dados experimentais macroscópicos e microscópicos da peroviskita hexagonal dupla BaTi1/2Mn1/2O3, a fim de caracterizar sua estrutura eletrônica, magnética e cristalina para embasar a possibilidade deste sistema apresentar uma fase de líquido de spin. Esta hipótese está baseada na ausência de transição para uma fase magneticamente ordenada nas medidas magnéticas e termodinâmicas, que apontam para uma forte frustração magnética neste material. Além disso, é observada a formação de um estado de spins correlacionados. Para caracterizar esta correlação, recorremos para experimentos de ressonância de múons (µSR) para medir a dinâmica de spins em baixas temperaturas. Dados de µSR para campo magnético nulo mostram em seu regime de relaxamento um magnetismo dinâmico para temperaturas tão baixas quanto T = 0.019 K, adicionalmente, experimentos com campo magnético longitudinal aplicado apontam também que o magnetismo dinâmico persiste em baixas temperaturas, um comportamento esperado para um sistema de líquido de spin. O comportamento magnético do BaTi1/2Mn1/2O3 consiste na física de altas temperaturas sendo dominada pela presença de trimers magnéticos, dimers magnéticos e spins órfãos. Para temperaturas mais baixas, os graus de liberdade magnéticos são efetivamente compostos por spins órfãos e trimers magnéticos, que estão correlacionados mas nenhuma transição de fase é detectada para temperaturas tão baixas quanto T = 0.1 K, mesmo que a constante de interação efetiva entre os spins órfãos e os trimers magnéticos seja -8.5 K, resultando num fator de frustração magnética de ao menos 85. A possibilidade da desordem ser responsável pelo estado fundamental de líquido de spin é discutida, no entanto, outros cenários não estão totalmente descartados, por exemplo, a possibilidade de que o estado medido não seja o verdadeiro estado fundamental, e que este estaria em temperaturas ainda mais baixas ou a possível formação de um estado de vidro de spin. Este trabalho levanta questões que não são fáceis de responder. Por fim, o crescimento de uma amostra monocristalina é necessário para continuar a caracterização do BaTi1/2Mn1/2O3. Ademais, desenvolvimentos de cunho teórico e experimental neste campo de pesquisa são necessários para encontrar um método mais direto e conclusivo para caracterizar a fase magnética neste material complexo.

This work presents macroscopic and microscopic experiments of the disordered hexagonal double perovskite BaTi1/2Mn1/2O3, in order to characterize its electronic, magnetic and structural properties to support the possibility that this system hosts a spin liquid phase. Such assumption is based on the absence of a transition to a magnetically ordered phase in the magnetic and thermodynamic measurements, which points to a strong magnetic frustration in this material. In addition, it is observed the formation of a correlated spin state. To characterize this correlation, we resorted to Muon Spin Resonance (µSR) experiments to measure the low temperature spin dynamics. The zero field µSR relaxation regime displays dynamic magnetism down to T = 0.019 K and longitudinal field experiments support as well that dynamic magnetism persists at low temperatures, a behavior expected for a spin liquid system. The magnetic behavior of BaTi1/2Mn1/2O3 consists in the high temperature physics being dominated by the presence of magnetic trimers, magnetic dimers, and orphan spins. At lower temperatures, the effective magnetic degrees of freedom, composed by orphan spins and magnetic trimers, are correlated but no phase transition is detected down to T = 0.1 K, despite the effective exchange couplings between magnetic trimers and orphan spins being -8.5 K, resulting in a magnetic frustration parameter of at least 85. The possibility that disorder is responsible for the spin liquid ground state is discussed, however, other scenarios are not totally discarded. For example, the possibility that the measured state is not the true ground state, which could lie at even lowers temperatures or the possible formation of a spin glass state. This work raises questions that are not easy to answer. Ultimately, the growth of a single crystal is necessary to continue the characterization of BaTi1/2Mn1/2O3. Besides, theoretical and experimental developments in this field of research are needed to find a more direct and conclusive way to characterize the magnetic phases in this complex material. / Neste trabalho apresento dados experimentais macroscópicos e microscópicos da peroviskita hexagonal dupla BaTi1/2Mn1/2O3, a fim de caracterizar sua estrutura eletrônica, magnética e cristalina para embasar a possibilidade deste sistema apresentar uma fase de líquido de spin. Esta hipótese está baseada na ausência de transição para uma fase magneticamente ordenada nas medidas magnéticas e termodinâmicas, que apontam para uma forte frustração magnética neste material. Além disso, é observada a formação de um estado de spins correlacionados. Para caracterizar esta correlação, recorremos para experimentos de ressonância de múons (µSR) para medir a dinâmica de spins em baixas temperaturas. Dados de µSR para campo magnético nulo mostram em seu regime de relaxamento um magnetismo dinâmico para temperaturas tão baixas quanto T = 0.019 K, adicionalmente, experimentos com campo magnético longitudinal aplicado apontam também que o magnetismo dinâmico persiste em baixas temperaturas, um comportamento esperado para um sistema de líquido de spin. O comportamento magnético do BaTi1/2Mn1/2O3 consiste na física de altas temperaturas sendo dominada pela presença de trimers magnéticos, dimers magnéticos e spins órfãos. Para temperaturas mais baixas, os graus de liberdade magnéticos são efetivamente compostos por spins órfãos e trimers magnéticos, que estão correlacionados mas nenhuma transição de fase é detectada para temperaturas tão baixas quanto T = 0.1 K, mesmo que a constante de interação efetiva entre os spins órfãos e os trimers magnéticos seja -8.5 K, resultando num fator de frustração magnética de ao menos 85. A possibilidade da desordem ser responsável pelo estado fundamental de líquido de spin é discutida, no entanto, outros cenários não estão totalmente descartados, por exemplo, a possibilidade de que o estado medido não seja o verdadeiro estado fundamental, e que este estaria em temperaturas ainda mais baixas ou a possível formação de um estado de vidro de spin. Este trabalho levanta questões que não são fáceis de responder. Por fim, o crescimento de uma amostra monocristalina é necessário para continuar a caracterização do BaTi1/2Mn1/2O3. Ademais, desenvolvimentos de cunho teórico e experimental neste campo de pesquisa são necessários para encontrar um método mais direto e conclusivo para caracterizar a fase magnética neste material complexo.

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Civil (Construções). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Neste trabalho foi realizada a modelagem fenomenológica do desempenho de uma torre de resfriamento de água e de um sistema de duas torres de resfriamento em série, com temperatura de água de entrada de até 65 ºC. Verificou-se a validade do modelo através de comparação dos resultados previstos com os obtidos em ensaios em uma unidade piloto. Em seguida, através de simulação matemática, a partir do modelo desenvolvido, foi feito o estudo de diversos casos de aplicação. Estudou-se a influência das principais variáveis de operação (vazão de ar, vazão de água e temperatura de bulbo úmido) no desempenho de torres de resfriamento acopladas (em série e em paralelo) e no custo operacional. Verifica-se que a variável de maior influência é a vazão de água que circula pela torre. / This is a study about the phenomenological modeling of the performance of a water cooling tower and a system of two cooling towers in series, with water temperature input up to 65°C. The validity of model was verified by comparing the expected results with those obtained in tests on a pilot plant. After this, through a mathematical simulation, based on the model developed, several cases of application were analyzed. It was studied the influence of main operating variables (air flow, water flow and wet bulb temperature) on the performance of couples cooling towers (in series and parallel) and on operational cost. It was verified the most influential variable is the water flow rate through the tower.

Neste trabalho foi realizada a modelagem fenomenológica do desempenho de uma torre de resfriamento de água e de um sistema de duas torres de resfriamento em série, com temperatura de água de entrada de até 65 ºC. Verificou-se a validade do modelo através de comparação dos resultados previstos com os obtidos em ensaios em uma unidade piloto. Em seguida, através de simulação matemática, a partir do modelo desenvolvido, foi feito o estudo de diversos casos de aplicação. Estudou-se a influência das principais variáveis de operação (vazão de ar, vazão de água e temperatura de bulbo úmido) no desempenho de torres de resfriamento acopladas (em série e em paralelo) e no custo operacional. Verifica-se que a variável de maior influência é a vazão de água que circula pela torre. / This is a study about the phenomenological modeling of the performance of a water cooling tower and a system of two cooling towers in series, with water temperature input up to 65°C. The validity of model was verified by comparing the expected results with those obtained in tests on a pilot plant. After this, through a mathematical simulation, based on the model developed, several cases of application were analyzed. It was studied the influence of main operating variables (air flow, water flow and wet bulb temperature) on the performance of couples cooling towers (in series and parallel) and on operational cost. It was verified the most influential variable is the water flow rate through the tower.