Estudos experimentais recentes revelaram que os compostos Mn[As(1-x) Sb(x)] e La[Fe(x) Si(1-x)]13 apresentam grandes valores para a variação isométrica da entropia e para a variação adiabática da temperatura. Estudos experimetais também mostram que o efeito magnetocalórico nestes compostos pode ser facilmente controlado através da dopagem e da pressão externa. Logo, tais dados experimentais, que necessitam de uma descrição teórica, indicam que estes compostos são bons candidatos para se estudar também o efeito barocalórico. Nesta tese, estudamos do ponto de vista teórico o efeito magnetocalórico nos compostos La[Fe(x)Si(1-x)]13 e Mn[As(1-x) Sb(x)], a pressão ambiente e a pressões externas. Estudamos também o efeito barocalórico, para alguns valores fixos do campo magnético. Este estudo teórico foi feito utilizando três modelos, a saber: (1) um modelo itinerante, de uma única rede.(2) um modelo itinerante mais elaborado com duas subredes incluindo a desordem química em uma das subredes. (3) um modelo de monentos localizados. Nossos resultados mostram que os dados experimentais dos potenciais magnetocalóricos são bem explicados pelos três modelos. Entretanto, o modelo com duas subredes é o que melhor descreve os mecanismos físicos envolvidos no efeito magnetocalórico dos compostos estudados. O modelo de monentos magnéticos localizados falha na explicação da entropia magnética a altas temperaturas e na magnetização de saturação a T= 0 K. O modelo itinerante, com uma única rede, não descreve corretamente a transferência eletrônica entre as subredes. / Recent experimental data revealed that the compounds La[Fe(x)Si(1-x)]13 and Mn[As(1-x)Sb(x)], present great values for the isothermal entropy change and the adiabatic temperature change. They also showed that the magnetocaloric effect in these compounds can be easily tuned through doping and external pressure. Therefore, such experimental data, which need a theoretical description indicate that these compounds are also good candidates to study the barocaloric effect. In this PhD thesis, we studied from the theoretical point of view the magnetocaloric effect in the compounds La[Fe(x)Si(1-x)]13 and Mn[As(1-x)Sb(x)], at ambient pressure and upon external pressures. We also studied the barocaloric effect,for some fixed values of the model, of only one lattice.(2)a more elaborated itinerant model with two sublattices including the chemical disorder in one sulattice. (3) model of localized magnetic moments. Our results show that the available experimental data of the magnetocaloric potentials are well explained by the three models. However, only the two sublattice itinerant model properly describes the physical mechanisms involved in the magnetocaloric effect of the studied compounds.The localized magnetic moment model fails in explaining the magnetic entropy at high temperatures and the saturation magnetization at T = 0 K. The effective one lattice itinerant model does not properly describe the eletronic transfer between the sublattices.

Estudos experimentais recentes revelaram que os compostos Mn[As(1-x) Sb(x)] e La[Fe(x) Si(1-x)]13 apresentam grandes valores para a variação isométrica da entropia e para a variação adiabática da temperatura. Estudos experimetais também mostram que o efeito magnetocalórico nestes compostos pode ser facilmente controlado através da dopagem e da pressão externa. Logo, tais dados experimentais, que necessitam de uma descrição teórica, indicam que estes compostos são bons candidatos para se estudar também o efeito barocalórico. Nesta tese, estudamos do ponto de vista teórico o efeito magnetocalórico nos compostos La[Fe(x)Si(1-x)]13 e Mn[As(1-x) Sb(x)], a pressão ambiente e a pressões externas. Estudamos também o efeito barocalórico, para alguns valores fixos do campo magnético. Este estudo teórico foi feito utilizando três modelos, a saber: (1) um modelo itinerante, de uma única rede.(2) um modelo itinerante mais elaborado com duas subredes incluindo a desordem química em uma das subredes. (3) um modelo de monentos localizados. Nossos resultados mostram que os dados experimentais dos potenciais magnetocalóricos são bem explicados pelos três modelos. Entretanto, o modelo com duas subredes é o que melhor descreve os mecanismos físicos envolvidos no efeito magnetocalórico dos compostos estudados. O modelo de monentos magnéticos localizados falha na explicação da entropia magnética a altas temperaturas e na magnetização de saturação a T= 0 K. O modelo itinerante, com uma única rede, não descreve corretamente a transferência eletrônica entre as subredes. / Recent experimental data revealed that the compounds La[Fe(x)Si(1-x)]13 and Mn[As(1-x)Sb(x)], present great values for the isothermal entropy change and the adiabatic temperature change. They also showed that the magnetocaloric effect in these compounds can be easily tuned through doping and external pressure. Therefore, such experimental data, which need a theoretical description indicate that these compounds are also good candidates to study the barocaloric effect. In this PhD thesis, we studied from the theoretical point of view the magnetocaloric effect in the compounds La[Fe(x)Si(1-x)]13 and Mn[As(1-x)Sb(x)], at ambient pressure and upon external pressures. We also studied the barocaloric effect,for some fixed values of the model, of only one lattice.(2)a more elaborated itinerant model with two sublattices including the chemical disorder in one sulattice. (3) model of localized magnetic moments. Our results show that the available experimental data of the magnetocaloric potentials are well explained by the three models. However, only the two sublattice itinerant model properly describes the physical mechanisms involved in the magnetocaloric effect of the studied compounds.The localized magnetic moment model fails in explaining the magnetic entropy at high temperatures and the saturation magnetization at T = 0 K. The effective one lattice itinerant model does not properly describe the eletronic transfer between the sublattices.

Nesta tese discutimos sistematicamente os efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos com transição de fase magnética de primeira e de segunda ordem em sistemas físicos cujo magnetismo tem carater local. Para essa finalidade, utilizamos um modelo de momentos magnéticos locais interagentes, incluindo um termo de acoplamento magnetoelástico. Nossos cálculos mostram que a relação entre a interação de troca e o acoplamento magnetoelástico é responsável pela ordem da transição de fase e pelo aparecimento da histerese térmica e magnética. Os resultados mostram que as grandezas magnetocalóricas exibem grandes valores quando o sistema sofre uma transição de fase de primeira ordem. Além disso, quando existe uma histerese visível as grandezas magnetocalóricas dependem do processo de aquecimento e resfriamento do sistema. Ainda de acordo com nossos resultados, existe um efeito barocalórico normal (sistema aquece sob aumento de pressão) quando a pressão aplicada aumenta a temperatura de ordenamento magnético sem alterar a ordem da transição de fase magnética. O efeito barocalórico inverso (sistema resfria sob aumento de pressão) ocorre quando a pressão aplicada diminui a temperatura crítica sem mudar a ordem da transição de fase. Nossos cálculos mostram, ainda, que um efeito barocalórico anômalo (mudança de sinal nas grandezas barocalóricas) ocorre em casos especiais onde a pressão aplicada muda a natureza da transição de fase magnética do primeira para segunda ordem e vice-versa. / In this thesis we systematically discuss the magnetocaloric and barocaloric effects in physical systems, whose magnetism has a localized character and undergo both second and first order phase transitions. For this purpose, we use a model of interacting localized magnetic moments, including the magnetoelastic coupling. Our calculations show that the ratio between the exchange and magnetoelastic parameters is responsible for the appearance of the first order transition and consequently the thermal and magnetic hysteresis. Our calculations also show that the magnetocaloric quantities exhibit large values when the system undergoes a first order transition. Furthermore, when the hysteresis is not negligible, the magnetocaloric quantities depend on the heating and cooling processes. As far as the barocaloric effect is concerned, our calculations show that the normal barocaloric effect occurs (the system heat up with increasing applied pressure) when the applied pressure increases the magnetic ordering temperature without changing the order of the magnetic phase transition. On the other hand, the inverse barocaloric effect (the system cools down with increasing applied pressure) occurs when the applied pressure reduces the magnetic ordering temperature without changing the order of the magnetic phase transition. Finally, our calculations show that an anomalous barocaloric effect (i.e., change of sign in the barocaloric quantities) occurs in special cases when the applied pressure change the nature of the magnetic phase transition from first to second order and vice-versa.

Nesta tese discutimos sistematicamente os efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos com transição de fase magnética de primeira e de segunda ordem em sistemas físicos cujo magnetismo tem carater local. Para essa finalidade, utilizamos um modelo de momentos magnéticos locais interagentes, incluindo um termo de acoplamento magnetoelástico. Nossos cálculos mostram que a relação entre a interação de troca e o acoplamento magnetoelástico é responsável pela ordem da transição de fase e pelo aparecimento da histerese térmica e magnética. Os resultados mostram que as grandezas magnetocalóricas exibem grandes valores quando o sistema sofre uma transição de fase de primeira ordem. Além disso, quando existe uma histerese visível as grandezas magnetocalóricas dependem do processo de aquecimento e resfriamento do sistema. Ainda de acordo com nossos resultados, existe um efeito barocalórico normal (sistema aquece sob aumento de pressão) quando a pressão aplicada aumenta a temperatura de ordenamento magnético sem alterar a ordem da transição de fase magnética. O efeito barocalórico inverso (sistema resfria sob aumento de pressão) ocorre quando a pressão aplicada diminui a temperatura crítica sem mudar a ordem da transição de fase. Nossos cálculos mostram, ainda, que um efeito barocalórico anômalo (mudança de sinal nas grandezas barocalóricas) ocorre em casos especiais onde a pressão aplicada muda a natureza da transição de fase magnética do primeira para segunda ordem e vice-versa. / In this thesis we systematically discuss the magnetocaloric and barocaloric effects in physical systems, whose magnetism has a localized character and undergo both second and first order phase transitions. For this purpose, we use a model of interacting localized magnetic moments, including the magnetoelastic coupling. Our calculations show that the ratio between the exchange and magnetoelastic parameters is responsible for the appearance of the first order transition and consequently the thermal and magnetic hysteresis. Our calculations also show that the magnetocaloric quantities exhibit large values when the system undergoes a first order transition. Furthermore, when the hysteresis is not negligible, the magnetocaloric quantities depend on the heating and cooling processes. As far as the barocaloric effect is concerned, our calculations show that the normal barocaloric effect occurs (the system heat up with increasing applied pressure) when the applied pressure increases the magnetic ordering temperature without changing the order of the magnetic phase transition. On the other hand, the inverse barocaloric effect (the system cools down with increasing applied pressure) occurs when the applied pressure reduces the magnetic ordering temperature without changing the order of the magnetic phase transition. Finally, our calculations show that an anomalous barocaloric effect (i.e., change of sign in the barocaloric quantities) occurs in special cases when the applied pressure change the nature of the magnetic phase transition from first to second order and vice-versa.