Neste trabalho estudamos o problema da condução utilizando o modelo das duas correntes de elétrons de spins opostos, incluindo efeitos de espalhamento com inversão de spin. Em particular, discutimos teoricamente a contribuição de espalhamnetos elétron-magnon à parte da resistividade elétrica que depende da temperatura, em metais e ligas magnéticas, no limite de baixas temperaturas. / In this work we study the conductivity problem by spin up and spin down eléctron currents, taking spin-flip process into account. In particular we discuss theoretically the low temperature contribution to the temperature-dependent part of the electrical resistivity from electron-magnon scattering in magnetic metals and dilute alloys.

Utilizando simulações de dinâmica molecular, estudamos um sistema de partículas que interage através de um potencial contínuo de caroço atenuado constituído por um caroço duro, um ombro a distancias mais próximas e um parte atrativa a uma distância bem maior. Obtemos o diagrama de fases pressão-temperatura do sistema para diversas profundidades da parte atrativa ajustável. Como este é um potencial de duas escalas de comprimento, são esperados anomalias na densidade, na difusão e na estrutura do sistema. Mostramos que o efeito de aumentar a interação atrativa entre as moléculas é encolher a região de pressão na qual a anomalia na densidade e difusão estão presentes. Se as forças de atração são muito fortes, a partícula estará predominantemente em uma das duas escalas de comprimento e assim a anomalia na densidade e difusão não é observada. A região de anomalia estrutural está presente em todos os casos. Analisamos igualmente o comportamento da solubilidade de um soluto apolar em água. Usamos como modelo para a água o potencial de duas escalas proposto neste trabalho e para o soluto um sistema de esferas rígidas. Mostramos que este modelo efetivo reproduz qualitativamente o comportamento observado para a água de um extremo na solubilidade. / Using molecular dynamics simulations, we study a system of particles interacting through a continuous potential which consists of an attenuated hard core, a shoulder to closer distances and attractive part at a distance higher. We obtain the phase diagram pressure-temperature system for different depths of the attractive part adjustable. As this is a two length scales potential, anomalies are expected in the density, diffusion and structure of the system. We show that the effect of increasing the attractive interaction between molecules is to shrink the region of pressure at which the anomaly in density and diffusion are present. If the attraction forces are very strong, the particle is predominantly one of two length scales and so the anomaly in the density and difusion is not observed. The region of structural anomaly is present in all cases. Also analyzed the behavior of the solubility of a nonpolar solute in water. We use the potential of two scales proposed in this work as a model for water and for the solute a system of hard spheres. We show that this model effectively reproduces qualitatively the observed behavior to an extreme water solubility.

Neste trabalho investigamos algumas propriedades magnéticas dos compostos de urânio e netúnio que apresentam coexistência de efeito Kondo e ordem ferromagnética. Utilizamos como modelo inicial o Hamiltoniano de rede de Anderson com dois níveis f degenerados em cada sítio, que corresponde a configuração eletrônica 5f2 com spins S = 1. Uma derivação da transformação de Schrieffer-Wolff é apresentada para este modelo, onde o Hamiltoniano resultante possui uma largura de banda efetiva para os elétrons f, em adição à interação de Kondo entre os spins f localizados, com S =1, e os spins 1/2 dos elétrons de condução. O modelo de rede Kondo resultante é tratado em uma aproximação de campo médio e pode descrever ambos os regimes Kondo e uma fraca perda de localidade dos elétrons 5f. Calculamos as temperaturas de Kondo, TK, e de Curie, TC, em função dos parâmetros do modelo: a interação de troca entre os spins dos elétrons localizados e os spins dos elétrons de condução, JK, a interação de troca entre sítios, JH, e a largura de banda efetiva dos elétrons f, Wf . Obtemos um diagrama de fases que mostra a coexistência do efeito Kondo e ordem magnética, evidenciando a dependência da temperatura de Curie com a pressão para os compostos de urânio, para diferentes variações da largura de banda efetiva para os elétrons f. Uma região de TK < TC é obtida num determinado intervalo de parâmetros e pode ser utilizada para descrever a variação da magnetização em função da temperatura para os compostos de netúnio NpNiSi2 e Np2PdGa3. / In this work we investigate some magnetic properties in uranium and neptunium compounds that show coexistence of Kondo effect and ferromagnetism by using, as initial model, the Anderson lattice Hamiltonian with two-fold degenerate f level in each site, corresponding to the electronic configuration 5f2 with spin S = 1. We realize a Schrieffer- Wolff transformation for this model, where the new effective Hamiltonian has a finite bandwidth for the f electrons in addition to the Kondo interaction between the spins of f electrons (S = 1) and the spins of conduction electrons (s = 1/2). The Kondo lattice model is treated in a mean-field approximation and can describe both Kondo and a weak delocalization of 5f electrons. We obtain the Kondo temperature, TK, and the Curie temperature, TC, as a function of the model parameters, where we define the exchange interaction between spins of localized and conduction electrons, JK, the exchange interaction between different sites, JH, and the effective bandwidth of f electrons, Wf . We obtain, therefore, a phase diagram that shows a coexistence of Kondo effect and magnetic order describing the Curie temperature as a function of pressure for uranium compounds, as UTe, for different effective bandwidth. A small region with TK < TC is found for a determined range of parameters and it can be used to describe the variation of magnetization versus temperature for the neptunium compounds as NpNiSi2 e Np2PdGa3.

Esta tese trata de filmes finos de materiais dielétricos depositados por sputtering reativo e crescidos termicamente que são analisados por métodos de feixes de íons. Como introdução aos nossos trabalhos, são abordados os princípios da deposição por sputtering com corrente contínua, com rádio-freqüências e em atmosferas reativas. Além disso, são apresentados os princípios de crescimento térmico em fornos clássicos e em fornos de tratamento térmico rápido. Também são descritos em detalhe os métodos análiticos de espectropia de retroespalhamento Rutheford e reações nucleares ressonantes e não-ressonantes para medir as quantidades totais e os perfis de concentração em função da profundidade dos vários isótopos utilizados, bem como o método de difração de raios-X. No que concerne à deposição por sputtering reativo de filmes finos de nitreto de silicio, nitreto de alumínio e nitreto duplo de titânio e alumínio, são estudados os processos de deposição, são caracterizados os filmes desses materiais e são estabelecidas correlações entre características dos filmes e os parâmetros de deposição. Quanto ao crescimento térmico em atmosferas reativas de filmes muito finos de óxido, nitreto e oxinitreto de sílicio, são apresentados modelos para o crescimento dos filmes de óxido de sílicio, é estudada a influência da limpeza do substrato de sílicio nos mecanismos de crescimento dos filmes de óxido de sílicio e são elucidados aspectos dos mecanismos de nitretação térmica do sílicio e de filmes de óxido de sílicio.

Um método de aproximação usado no estudo teórico das propriedades magnéticas de sistemas de spin localizados e interagentes, conhecido por RFA (Aproximação de Campo de Reação), j aplicado a um modelo de Hamiltoniano que contam, além de uma interação de troca anisotrópica e da interação dipolar magnética entre os spins, um termo de anisotropia de partícula única. RFA é especialmente interessante quando os átomos magnéticos do cristal estão arranjados em cadeias lineares na rede cristalina com uma forte interação entre átomos vizinhos na mesma cadeia e uma interação muito mais fraca entre vizinhos em cadeias distintas. Uma revisão dás propriedades e exemplos destes sistemas, também conhecidos como quase-unidimensionais, é apresentada aqui. Como aplicação da teoria é apresentado um estudo da susceptibilidade magnética do CsNiF3. São obtidas as susceptibilidades perpendicular e paralela ao eixo c do referido composto em função da temperatura e comparadas com dados experimentais. / An approximation method, used in the theoretical study of the magnetic properties of interacting localized spins systems, known as RFA (Reaction Field Approximation) is applie) to a model Hamiltonian having a single particle anisotropy ter!: hesides the anisotropic exchange.interaction and the magnetic dipolar interaction between the spins. RFA is specially interesting when the magnetic atoms of the crystal arearranged in linear chaiiis in the crystaline lattice, with a strong interaction between neighbour atoms in the same chain and a much weaker interaction between neighbours indifferent chains. A review of the properties and some examples of these systems, also known as quasi-unidimensional, aregiven. As an application of the theory, a study of the magnetic susceptibility of CsNiF3 is presented. The temperature dependence of the paralel and perpendicular susceptibilities, with respect to the c axis,are obtained and compared with experimental data.

Construiu-se um protótipo de um sistema de análise de composição por dispersão em energia de raios X fluorescentes, para investigar as vantgens e limitações desta técnica e determinar os parâmetros importantes do sistema. Utilizou-se radioisótopos como fonte de excitação, um detetor semicondutor de Ge, um amplificador e um ADC acoplado a um minicomputador, programado como multicanal. Foi desenvolvido um programa de análise quantitativa baseado no uso dos coeficientes de absorção de massa e rendimentos de fluorescência ("método teórico") suficientemente simples e compacto para ser usado em minicomputadores. Foram realizadas análises qualitativas e quantitativas com ligas a base de Fe, Ni, Ca e Cr. / A prototype system for compositional analysis using X-ray fluorescence studied by energy dispersion was constructed and used te evaluate the advantages and disadvantages of this technique as well as determining the more important parameters of such a system. The prototype system consists of a radioisotope excitation source, a Ge semiconductor detector, an amplifier and on ADC coupled to a minicomputer, programmed as a multichannel. A quantitative analysis program was developed based on the use of absorption coefficient and fluorescence yields ("theoretical method") which proved to be sufficiently simple and compact to be used in minicomputers. Qualitative and quantitative analysis were made with Fe Ni, Cu and Cr based alloys.

Medidas de resistividade elétrica foram realizadas nas ligas de Heusler cu 2Mn (Al 1 -xSnx), onde x =O; 0,05; 0,10 e 0,15, no intervalo de temperaturas de 4,2 a 800°K. Foram também efetua das medidas nas ligas de Heusler Ni 2MnX,. com X = In, Sn ou Sb, no intervalo de 4,2 a 300°K . As curvas experimentais mostram clar amente a importância do caráter fe rromagnetico nas re sistivi dades das ligas. Os resultados obtidos para as ligas de cobre, bem como para a liga Ni 2MnSn, estão em concórdância com uma interpretação em termos dos modelos de Bloch-Grüneisen e de desordem de spin, e falham quando tentamos obter evidên cias de espalhamento s-d para os elétrons de condução. Esse não é o caso para as ligas Ni 2Mnln e Ni 2MnSb, em que a presença de processo de espalhamento eletrônico interbanda (s-d), via fonon, foi detectada. Especialmente para as duas últimas ligas, são sugeridas experiências de calor especifico e de foto-emissividade eletrônica. / Electrical resistivity measurements have been performed on the Cu 2Mn (Al 1 -xsnx) Heusler alloys, where x =O, 0.05, 0.10 and 0.15, in the temperature range of 4.2 to 800 o K. Measurements have also been made on the Ni 2MnX Heusler alloys, with X = In, Sn or Sb, in the range of 4.2 to 300°K. The experimental curves clearly show the importance of the ferromagnetic character on the alloys resistivities. The results obtained for the copper allooys, as well as for the Ni 2MnSn alloy, are in ágreement with an interpretation in terms of Bloch-Grüneisen and spin-disorder models, and fail to provide evidences of s-d scattering for the conduction electrons. This is not the case for the Ni 2Mnln and Ni 2MnSb alloys, in which the presence of (s-d) interband electronic scattering process, via phonon, was detected. Specially for the two last alloys specific heat and electronic photo-emissivity experiments are suggested.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades de magneto-transporte dependentes da orientação de spin de dois sistemas ferromagnéticos clássicos com anisotropias distintas: (i) o composto Heusler de momentos magnéticos localizados Pd2MnSn e (ii) ligas de Co-Fe x at% (x = 2, 4 e 6), que são ferromagnetos de bandas. O composto Heusler tem anisotropia magnética muito pequena, ao passo que nas ligas de cobalto a anisotropia é pronunciada em razão da presença de elétrons da camada-3d incompleta no nível de Fermi. Em ambos os sistemas foram realizadas medidas de resistividade elétrica, magnetorresistência e efeito Hall em diversas temperaturas entre 2K e 300K, com aplicação de campos entre 0 e 9 Tesla. Medidas de magnetização foram realizadas em apoio às experiencias de magneto-transporte. As experiências de magneto-transporte evidenciaram efeitos de correntes eletrônicas polarizadas em spin. Em particular, o termo resistivo de mistura de spin proposto por Campbell e Fert [1], que é responsável pela transferência de momentum entre as sub-bandas dependentes de spin, é importante para descrever os comportamentos da resistividade elétrica e da magnetorresistência dos sistemas estudados no limite de baixas temperaturas. Por outro lado, o processo de espalhamento por desordem de spin é dominante nas regiões de temperaturas intermediárias e altas. A medida de resistividade de Hall no Pd2MnSn em função da temperatura apresenta um mínimo em torno de T = 50 K. A análise do contribuição anômala ao efeito de Hall neste sistema é consistente com as previsões teóricas referentes aos efeitos da fase de Berry no espaço recíproco. A anisotropia espontânea da resistividade foi detalhadamente estudada no caso das ligas de Co-Fe e a forte polarização de spin relacionada ao espalhamento pelas impurezas de Fe foi evidenciado. Nestas ligas, o efeito Hall é dominado por efeitos de espalhamento assimétrico (skew scattering) produzido pelas impurezas de Fe. / This work presents an experimental study of the spin-dependent magnetotransport properties in two classical ferromagnetic systems with distinct anisotropies: (i) the Heusler compound Pd2MnSn, where the magnetic moments are localized, and (ii) the Co-Fe (Fe = 2, 4 and 6 at %) alloys, that are band ferromagnets. The Heusler compound has a small magnetic anisotropy, while in the cobalt alloys the anisotropy is pronounced because of the presence of 3d electrons in the Fermi level. In both systems the electrical resistivity, magnetoresistance and Hall Effect were measured in the temperature interval between 2K and 300K under applied magnetic fields ranging between 0 and 9 Tesla. Magnetization measurements were made as a complement to the magnetotransport experiments. The magnetotransport measurements evidenced effects of spin polarized electronic currents. In particular, the spin mixing resistive term proposed by Campbell and Fert [1], to describe the momentum transfer between the spin dependent subbands plays an important role in the low temperature electrical resistivity and magnetoresistance of both systems. On the other hand, the scattering process due to spin disorder is dominant in the regions of intermediate and high temperatures. In Pd2MnSn the Hall resistivity shows a minimum around T = 50 K when plotted as a function of temperature. The analysis of the anomalous contribution to the Hall effect in this system is consistent with the theoretical predictions regarding the effects of the Berry phase in the reciprocal space. The spontaneous resistivity anisotropy was studied in detail in the case of the Co-Fe alloys. A strong spin polarization related to the electron scattering by impurities was found. In these alloys, the Hall effect is dominated by skew scattering due to Fe impurities.

Nesta dissertação é apresentado um estudo experimental da densidade de energia cinética (Ek), induzida pela aplicação de um campo magnético, em cinco amostras de três sistemas supercondutores do tipo II. As amostras consistem em dois policristais do sistema SmBa2Cu3O7− (Sm123), dois monocristais do sistema Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi2212) com concentrações de oxigênio ligeiramente diferentes, e um monocristal do ferro-pnictídeo BaFe1,84Co0,16As2 (BaFeCoAs). Em todos os casos, a densidade de energia cinética é obtida através da expressão proposta por Doria e colaboradores: Ek = −MB, onde M é a magnetização de equilíbrio e B é a indução magnética. A magnetização é obtida a partir de medidas do momento magnético realizadas segundo os procedimentos ZFC (zero field cooled ) e FC (field cooled ). Este estudo limita-se à região reversível da magnetização, nas proximidades da temperatura crítica da transição supercondutora. Para todas as amostras, é feita uma análise qualitativa do comportamento da linha de irreversibilidade e, nas amostras de Bi2212, são observados os efeitos da anisotropia para as situações em que o campo externo é aplicado nas orientações paralela ou perpendicular às camadas atômicas de CuO2. No caso do BaFeCoAs, apenas a configuração em que o campo é aplicado paralelamente ao eixo principal de simetria é investigada. Nas amostras de Sm123 encontraram-se contribuições à energia cinética correspondentes à região de campos intermediários. Nesta região, a magnetização pode ser estudada na aproximação de London para a teoria de vórtices em supercondutores do tipo II. Nas amostras de Bi2212, as contribuições identificadas para Ek originam-se de vórtices do tipo Abrikosov e da granularidade intrínseca. Nestas amostras, quando o campo magnético é aplicado paralelamente aos planos de CuO2, há evidências da ocorrência de uma transição de primeira ordem envolvendo o sistema de vórtices, o qual evolui de um regime 3D para 2D com o aumento da temperatura. Na amostra de BaFeCoAs, a densidade de energia cinética apresenta máximos locais em diferentes valores de temperatura e campo magnético, além de notáveis efeitos de pinning. / This dissertation presents an experimental study about the behavior of the kinetic energy density, Ek, induced by an applied magnetic field on five samples of three different type II superconducting systems. These samples are: two SmBa2Cu3O7− (Sm123) polycrystals, two Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi2212) single crystals with slightly different oxygen concentrations, and one BaFe1,84Co0,16As2 (BaFeCoAs) single crystal. The kinetic energy density is obtained through the expression proposed by Doria et al.: Ek = −MB, were M is the equilibrium magnetization and B is the magnetic induction. The magnetization is obtained from magnetic moment measurements carried out following the ZFC and FC procedures. This study is limited to the reversible magnetization region near the critical temperature. For all samples, a qualitative analysis of the irreversibility line is performed. Anisotropy effects are observed in the Bi2212 samples when the external field is applied parallel or perpendicular to the CuO2 atomic planes. For the BaFeCoAs sample, only the configuration where the external field is applied parallel to c-axis is investigated. In the Sm123 samples, the kinetic energy contributions correspond to the intermediate field region, where the magnetization is described by the London approximation for the vortex theory in type II superconductors. In the Bi2212 samples the identified contributions for Ek originate from Abrikosov type vortex and intrinsic granularity. When the magnetic field is applied parallel to the CuO2 planes, evidences are observed for the ocurrence of a first-order transition nearly below Tc, related to decoupling of the vortex lattice from a 3D configuration to a 2D regime upon increasing the temperature. The kinetic energy density in the BaFeCoAs sample presents some local maxima in different temperature and field values. This sample also show strong pinning effects.

Na presente Tese, vamos desenvolver teorias para eletrólitos próximos de interfaces e para suspensões coloidais carregadas. No caso de interfaces, a nova teoria permite-nos calcular quantitativamente tensões e potenciais superficiais, e perfis de densidade para ambas interfaces água-ar e água-óleo. Para suspensões coloidais hidrofóbicas, a teoria permite-nos calcular as concentrações críticas de coagulação (CCC) para várias soluções eletrolíticas. Os resultados teóricos estão em excelente acordo com dados experimentais. A interação iônica com interfaces é relacionada com a classificação dos íons em caotrópicos e cosmotrópicos. A teoria, portanto, traz novo enfoque a série de Hofmeister que governa a estabilidade de soluções proteicas. Em suspensões coloidais, estudamos também o papel das correlações eletrostáticas na distribuição de íons multivalentes próximos da superfície coloidal. Uma nova teoria é introduzida que nos permite incluir as correlações interiônicas como uma nova condição de contorno renormalizada para a equação de Poisson-Boltzmann. Os perfis de densidade calculados são comparados com simulações de Monte Carlo, demonstrando uma boa concordância. Finalmente, exploramos o papel da polarizabilidade coloidal na distribuição iônica. Encontramos que a polarizabilidade causa a repulsão superficial dos contraíons e pode afetar a mobilidade eletroforética de partículas coloidais. / In the present Thesis we will develop theories for electrolytes near interfaces and for charge stabilized colloidal suspensions. In the case of interfaces the new theory allows us to quantitatively calculate surface tensions, surface potentials, and the ionic density profiles both for the water-air and the water-oil interfaces. For the hydrophobic colloidal suspensions, the theory allows us to calculate the critical coagulation concentrations (CCC) for various electrolyte solutions. The theoretical results are found to be in excellent agreement with the experimental data. The ionic interaction with the interfaces is found to be related to the classification of ions into chatropes and kosmotropes. The theory, therefore, sheds new light on the Hofmeister series which governs the stability of protein solutions. For colloidal suspensions, we also study the role of electrostatic correlations on the distribution of multivalent ions near the colloidal surface. A new theory is introduced which allows us to include the interionic correlations as a renormalized boundary condition for the Poisson-Boltzmann equation. The calculated ionic density profiles are then compared with the Monte Carlo simulations, showing a good agreement. Finally, we explore the role of colloidal polarizability on the ionic distribution. We find that polarizability causes the counterion repulsion from the surface and can affect the electrophoretic mobility of colloidal particles.