É feito um estudo de sistemas de valência intermediária, usando a analogia de liga para tratar as correlações coulombianas. Ao invés do enfoque usual (aproximação de potencial coerente, CPA), é usado pela primeira vez um mé todo de renormalização no espaço real em uma rede de Bethe, que consiste em representar o sistema por uma rede de Bethe construída iterativamente a partir de cadeias lineares dizimadas. As densidades de estados calculadas mostram uma estru tura mais detalhada que as obtidas em outras aproximações. É discutida a transição de valência em função da correlação coulombiana entre os elétrons localizados, da correlação cou lombiana entre elétrons localizados e de condução, e da hibridização entre o nível localizadoe Etbanda de condução. A mesma técnica é usada para o estudo do magnetismo itinerante em metais de transição. Fazendo uma expan são das funções de Green de uma partícula, do hamiltoniano de Hubbard, em projetores que dependem dos números de ocupação de todos os sítios da rede, é possível levar em conta a correlação espacial entre sítios. Obtém-se, assim, tanto uma transição metal-isolante, quanto uma de paramagnetismo para ferromagnetismo, resultado este absolutamente novo na descri ção por analogia de liga do hamiltoniano de Hubbard. / The present work is a study of intermediate valence systems using the alloy analogy to treat the Coulomb correlations. Instead of the customary approach (the coherent potential approximation, CPA), one uses for the first time a method of renormalization in real space on a Bethe lattice, namely, by representing the system by a Bethe lattice built iteratively from decimated linear chains. The densities of state thus calculated show a more detailed structure than those obtained by other approximations. The valence transition is discussed as a function of the Coulomb correlation between the localized electrons; the Coulomb correlation between localized and conduction electrons; and the hybridization between the localized levei and the conduction band. The same technique is applied to the study of itinerant magnetism in transition metais. By performing an expansion of the one-particle Green's functions of the Hubbard Hamiltonian, in projectors which depend on the occupation numbers of all the lattice sites, it is possible to take into account the spatial correlations between sites. Thus, one arrives at a metal-insulator transition as well as one from paramagnetic to ferromagnetic state, this being an entirely new result in the description of the Hubbard Hamiltonian in the alloy analogy.

Neste trabalho são apresentados resultados experimentais sobre a variação do índice de refração em altas pressões para três grupos de materiais cerâmicos: fluoretos ( LiF, CaF2, MgF2), óxidos (A1203, c-Zr02, m-Zr02) e materiais superduros (c-BN, 3C-SiC e diamante). Estes resultados foram obtidos através de um método interferométrico, em conjunto com a câmara de pressão do tipo bigornas de diamante, que permitiu atingir pressões da ordem de 10 GPa. Resultados anteriores, quando encontrados, limitam-se à região de baixa pressão, até cerca de 0,7 GPa. Para todos os compostos estudados, a variação do índice de refração observada foi praticamente linear com a pressão. Para os fluoretos, o índice de refração aumenta com a pressão, enquanto que, para os demais compostos, o índice de refração diminui com a pressão, com exceção de uma das componentes no caso da zircônia monoclínica birrefringente. A análise dos resultados, segundo a abordagem clássica de Lorentz-Lorenz, em termos de entidades individuais polarizáveis, permitiu determinar o comportamento da polarizabilidade dos átomos, a, durante a variação do volume para todos os compostos. Obteve-se uma dependência praticamente linear, a qual pôde ser representada por um parâmetro constante para cada material. No caso dos fluoretos, altamente iônicos, a variação relativa da polarizabilidade foi pequena comparada aos demais casos, consistente com a imagem dos íons como esferas pouco deformáveis. No caso dos óxidos, que apresentam certo grau de covalência, o oxigênio mostrou-se bastante deformável e sensível à estrutura cristalina. Para a zircônia monoclínica, inclusive, a anisotropia das interações interatômicas provocou uma deformação do tipo elipsoidal no oxigênio durante a aplicação de pressão, responsável por comportamentos distintos das duas componentes medidas do índice de refração: uma aumentou e a outra diminuiu com a pressão. Para os materiais superduros, apesar de ser discutível a validade do conceito de polarizabilidade nestes casos, obteve-se um comportamento também linear, sem discrepâncias significativas devidas ao caráter fortemente covalente destes materiais. Os resultados para a(V) foram usados para testar modelos semi-empíricos sobre a dependência da polarizabilidade dos ânions com a distância interatômica. A análise feita permitiu concluir que os modelos testados são satisfatórios apenas para os fluoretos, provavelmente devido ao caráter iônico e à pequena deformabilidade do flúor. Os modelos que consideram que os elétrons responsáveis pela polarização estejam distribuidos numa casca esférica, conduzem a melhores resultados do que os que consideram estes elétrons distribuidos numa cavidade esférica. Para os materiais superduros, foi possível determinar uma correlação entre os comportamentos da carga transversal efetiva e da polarizabilidade eletrônica durante a variação da pressão: o aumento da carga transversal efetiva contribui para a redução da polarizabilidade devido à concentração da nuvem eletrônica, tendo como consequência, um decréscimo relativamente acentuado no índice de refração, como ocorre para o 3C-SiC. Por outro lado, a diminuição da carga transversal efetiva tem um efeito contrário sobre a redução da polarizabilidade, atenuando o decréscimo no índice de refração com a pressão, como acontece para o c-BN. O diamante, por ser um cristal homopolar, tem carga transversal efetiva nula e representa uma situação intermediária entre o c-BN e o 3C-SiC. De acordo com uma visão delocalizada do cristal, os resultados obtidos para os materiais superduros foram utilizados para testar modelos propostos na literatura, relacionando o índice de refração à banda de energia proibida do material. Nenhum dos modelos descreve, simultaneamente, a relação entre os comportamentos destes dois parâmetros durante a variação de pressão, para os três casos estudados. Entretanto, a análise feita permitiu concluir que, em princípio, estes modelos são aplicáveis a materiais sob pressão apenas quando a energia da radiação incidente é pequena comparada à banda de energia proibida. O método interferométrico utilizado pode ser usado para medir a pressão em câmaras com janelas óticas, apresentando uma sensibilidade significativamente maior do que a da técnica de fluorescência do rubi. / In this work we present experimental results for the variation of the refractive index in high pressures for three groups of ceramic materiais: fluorides (LiF, CaF2, MgF2), oxides (A1203, c-Zr02, m-Zr02) and superhard materiais (c-BN, 3C-SiC and diamond). These results were obtained using an interferometric method in the diamond anvil cell, that enables pressures up to 10 GPa. Previous results present in the literature, exist only for few cases and for the low pressure range, up to 0,7 GPa. For ali the compounds, the observed variation of the refractive index was almost linear: for the fluorides, it increases with pressure and, for the other compounds, it decreases with pressure, except for one of the components in the case of the monoclinic zirconia. The analysis of the results following the classical Lorentz-Lorenz approach in terms of individual and polarizable entities, allows the determination of the volume dependence of the electronic polarizability, a, for ali the compounds. An almost linear relationship was obtained, well represented by a constant parameter for each material. In the case of the highly ionic fluorides, the relative variation of the polarizability is smaller than for the other cases, consistent with the ionic picture of nearly "hard spheres". In the case of oxides, the oxygen ion was deformable and sensitive to the crystalline structure. For the monoclinic zirconia, the anisotropic interatomic interactions induce an elipsoidal deformation in the oxygen ion during the pressure variation, that is responsible for the distinct behaviors of both components of the refractive index: one increases and the other decreases with pressure. For the superhard materiais, despite the conception of electronic polarizability in covalent material is a subject of discussion, a linear behavior was obtained for the volume dependence of the polarizability, without any discrepancy due to the strong covalent character of these materials. The obtained results for a(V) were used to test semi-empirical models relating the anion electronic polarizability and the interatomic distance. The models were satisfactory only for the fluorides, probably due to the ionic caracter and to the small deformability of the fluorine ion. The models considering that the electrons responsible for the polarization are in a spherical shell, give better results than the models considering the electrons confined to a spherical cavity. For the superhard materiais, it was possible to find a correlation between the variations of the transverse effective charge and the electronic polarizability with pressure: the increase of the transverse effective charge contributes to the reduction of the polarizability due to the concentration of the electronic cloud, resulting in an strong decrease of the refractive index, as is the case for 3C-SiC. On the other hand, the decrease of the transverse effective charge has an opposite effect over the reduction of the polarizability, and the decrease of the refractive index is less pronounced, as is the case for c-BN. Since diamond is a homopolar crystal, there is no transverse effective charge, representing an intermediate situation. Following a delocalized picture of the crystal, the obtained results for the superhard materiais were used to test proposed models found in the literature, relating the refractive index and the energy band gap of the material. It was found that none of them simultaneously describes the behavior of these parameters during the pressure variation for the three studied materiais. The analysis of the results allows the conclusion that these models could be valid for a given material under pressure only when the value of the incident energy is not dose to the band gap energy of the material. The interferometric method can be used for pressure calibration in high pressure cells with an optical window, showing higher sensitivity than the technique of the ruby fluorescence.

Foi realizado um estudo da anisotropia magnética nos hidretos ternários ErFe 3 H x e nos compostos intermetãlicos pseudobinãrios (Era-xGdx)Fe3 utilizando espectroscopia Mdssbauer no 57 Fe. O ErFe 3 apresenta uma reorientação de spin do plano basal para o eixo C em 47 K quando baixamos a temperatura. A direção da magnetização é o resultado da competição entre a anisotropia de campo cristalino nos sitias do Er, a interação magnética de troca e a anisotropia da sub-rede do ferro. Os resultados mostram que esta reorientação de spin ocorre a 240 ±5 K no hidreto, independente da concentração de hidrogénio. Para o pseudobinãrio (Era-xGdx)Fe3 a temperatura de reorientação decresce com o aumento da concentração de Gd, não sendo mais observada para con centrações a partir de 20% atõmico de Gd. Para o hidreto, os re sultados são interpretados em termos de variações na anisotropia de campo cristalino e na interação magnética de troca pela presença do hidrogénio na célula unitária. São feitas algumas considerações sobre a ocupação preferencial dos si- tios intersticiais pelo hidrogénio. O decréscimo da temperatura de reorien tação com o aumento da concentração de Gd pode ser explicado por um modelo simples de partícula única para o cálculo da energia livre levando em conta a interação magnética de troca e a interação de campo cristalino. / The magnetic anisotropy in the ternary hydrides ErFe3Hx and in the pseudobinary (Eri _ x Gd x )Fe3 compounds has been studied by 57 Fe Mdssbauer spectroscopy. ErFe3 shows a spin reorientation from basal plane above 47 K to the C axis below this temperature. The direction of the magnetization is the result of a competition between the crystal field anisotropy at the Er sites, the magnetic exchange interaction and the iron sub-lattice anisotropy. The results show that this spin reorientation in the hydride at 240 ±5 K, as independent of the hydrogen concentration. For the pseudobinary (Er i _ x Gd x )Fe3 a decrease in the reorientation temperature is observed as the Gd concentration increases. Above 20 at%, no reorientation occurs. For the hydride, the results are described as resulting from changes in the crystal field anisotropy and magnetic exchange interaction associated with the presence of hydrogen. Some suppositions are made concerning the hydrogen sites occupation. The decrease in the reorientation temperature with the Gd concentration can be described by a single particle model in which the free energy is calculated in terms of the magnetic exchange and relevant crystalline electric field interactions.

A presente dissertação versa sobre a sincronização idêntica em redes de osciladores caóticos. Uma perspectiva razoavelmente histórica sobre a literatura da área é apresentada . O conceito de caos é introduzido junto com outras idéias da dinâmica não-linear: sistemas dinâmicos, exemplos de sistemas, atratores, expoentes de Liapunov, etc. A integração numérica de equações diferenciais é largamente utilizada, principalmente, para o cálculo de expoentes e o desenho do diagrama de fases. A sincronização idêntica é definida, inicialmente, em redes que não passam de um par de osciladores. A variedade de sincronização (conjunto de pontos no espaço de fases no qual a solução do sistema é encontrada se há sincronização) é determinada. Diferentes variantes de acoplamentos lineares são enfocadas: acoplamento interno, externo, do tipo mestre-escravo e birecional, entre outras. Para detectar sincronização, usa-se o conceito de expoente de Liapunov transversal, uma extensão do conceito clássico de expoente de Liapunov que caracteriza a sincronização como a existência de um atrator na variedade de sincronização. A exposição é completada com exemplos e atinge relativo detalhe sobre o assunto, sem deixar de ser sintética com relação à ampla literatura existente. Um caso de sincronização em antifase que usa a mesma análise é incluído. A sincronização idêntica também é estudada em redes de osciladores idênticos com mais de dois osciladores. As possibilidades de sincronização completa e parcial são explanadas. As técnicas usadas para um par de osciladores são expandidas para cobrir este novo tipo de redes. A existência de variedades de sincronização invariantes é considerada como fator determinante para a sincronização. A sincronização parcial gera estruturas espaciais, analisadas sob a denominação de padrões. Algumas relações importantes entre as sincronizações são explicitadas, principalmente as degenerescências e a relação entre a sincronização parcial e a sincronização completa do respectivo estado sincronizado para alguns tipos de acoplamento. Ainda são objetos de interesse as redes formadas por grupos de osciladores idênticos que são diferentes dos osciladores dos outros grupos. A sincronização parcial na qual todos os grupos de osciladores têm seus elementos sincronizados é chamada de sincronização primária. A sincronização secundária é qualquer outro tipo de sincronização parcial. Ambas são exemplificadas e analisadas por meio dos expoentes transversais e novamente por meio da existência de invariantes de sincronização. Obtém-se, então, uma caracterização suficientemente ampla, completada por casos específicos.

No presente trabalho foram estudados de uma forma sistemática os diversos parâmetros que podem influenciar o mecanismo de difusão de gases nobres implantados em fotoresistes. Com este propósito foram implantadas amostras do fotoresiste positivo AZ1350 com Xe e Kr a uma temperatura de 80 K. Os perfis de concentração foram determinados "in situ" utilizando a técnica de Retroespalhamento Rutherford (RBS) na faixa de 90-573 K, sendo em cada caso determinado o respectivo valor do coeficiente de difusão. Se mostrou que a dependência destes valores como função da temperatura segue um comportamento tipo Arrhenius com valores de energia de ativação semelhantes (Eb=100meV). Estudos similares, efetuados com Cs e Rb, fornecem valores de energia de ativação mais elevados (Eb=205meV e Eb=300meV respectivamente). Esta diferença é atribuída ao surgimento de ligações químicas entre o íon implantado e os componentes do fotoresiste, fato que não acontece para os gases nobres. É também mostrado que o processo de difusão na região danificada pela implantação, ocorre via um mecanismo de aprisionamento e liberação. Experimentos com o fotoresiste negativo Waycoat-SC mostram que o processo difusivo ocorre em um intervalo de temperaturas muito mais estreito possibilitando a determinação do coeficiente de difusão somente em uma temperatura (D(T=230K)=5x10-14cm2/s). A comparação deste valor com o respectivamente encontrado para o AZ1350 mostra que no Waycoat-SC o processo de difusão é mais rápido. / In the present work, we have studied in a systematic way the different parameters that can influence the diffusion of the noble gases when implanted in to photoresist. With this aim we have implanted at 80 K AZ1350 samples with Xe and Kr. The concentration profiles were determined "in situ" by the Rutherford Backscattering technique (RBS). The experiments were done in a 90-573 K temperature range, being determined for each annealing temperature the corresponding diffusion coefficient. It is shown that the diffusion coefficient follows an Arrhenius type behavior with a characteristic activation energy of the order of Eb=100meV for both Xe and Kr gases. Similar studies performed with Rb and Cs show a similar behavior but with higher activation energy (Eb(Cs)=205meV and Eb(Rb)=300meV). This difference is attributed to the chemical bonds between the implanted ions and the photoresist components. It is also shown that the diffusion process is governed by a trapping-detrapping mechanism. Further experiments with Waycoat-SC negative photoresist show that the diffusion process occurs in a very narrow temperature range. Therefore we were able to determine the diffusion coefficient at only one temperature D(T=230K)=5x10-14 cm2/s. A comparison of this value with the corresponding one found for AZ1350 shows that the diffusional process in the Waycoat-SC is much faster than the one observed for AZ1350.

Neste trabalho a dinâmica de rede dos cristais de gases inertes é descrita pela aproximação não-harmônica. São obtidas as matrizes de força e respectivas matrizes dinâmicas pa ra o primeiro e segundo vizinho da rede FCC. São determinados os tensores de força de terceira ordem para interações de dois e de três corpos, bem como os respectivos tensores dinâmicos. A freqüência renormalizada dofononé obtida considerando-se nos cálculos a primeira contribuição não-harmônica. Os resultados teôricos são comparados com os resultados experimentais para o 36Ar. / In this work the lattice dynamics of inert gas crystals is described by anharmonic approximaticn. Force matrices and their respective dynamic matrices for the first and second FCC lattice neighboor are obtained. Th third order force tensors for interaction of two and three bodies are determined, as his dynamics tensors. The renormalized frequency of the phonon is obtained by considering in the calculation the first anharmonic contribution. Theoretical results are compared with experimental results to 36Ar.

A partir dos estudos de interações quadripolares, um modelo foi desenvolvido para calcular espectros Mössbauer. Fez-se uma simulação deste modelo para computador digital de pequeno porte com apresentação visual das curvas calculadas e facilidade de interação entre experimental e computador. Fez-se uma análise detalhada da estrutura hiperfina quadripolar e mostrou-se que através do cálculo exato dos valores das energias e amplitudes de transição, a interpretação de espectros Mössbauer experimentais torna-se mais fácil. Evidenciou-se a variação das amplitudes de transição em função do parâmetro de assimetria e a existência de transições “proibidas” quando o gradiente de campo elétrico não apresenta simetria axial. / Starting from studies of Nuclear Quadrupole Interractions a model was developed to calculate Mössbauer spectra. A program for simulation of this model on small digital computers was written which includes visual display of the calculated spectra and facilitates interaction between the computer and the user. A detailed analysis of nuclear hyperfine structure was and transition probabilities allows easier interpretation of Mössbauer spectra. Significant variations werw found in the calculated transition probabilities as a function of the asymmetry parameter, as well as the presence of “forbidden” transition when the field gradient is not axially symmetric.

O presente trabalho descreve medidas da interação quadripolar elétrica em háfnio metálico policritalino, como função da pressão. As medidas foram realizadas através da correlação angular diferencial perturbada da cascata gama-gama de 133-482 kev do181Ta dentro da rede do Hf. As frequências de interação quadripolar (wQ), medidas em pressões de 0, 20, 40 e 50 Kilobares foram, respectivamante, 48, 55, 62 e 63 Mrd/s, mostrando um claro aumento da frequência com a pressão. Os resultados mostram ainda que o parâmetrode assimetria e a largura da distribuição de frequência são praticamente insensíveis à pressão, dentro da gama de pressões investigadas. / This present work describes measurements of the eletric quadrupole interaction in policristaline metalic hafnium, as a function of pressure. The measurements were performed by means of the differential perturbed angular correlation technique, through the 133-482 kev gamma-gamma cascade of 181Ta in a metalic Hf lattice. The quadrupolar interaction frequency (wQ) measured at pressures of 0, 20, 40 and 50 Kilobars,were respectivelly 48, 55, 62 and 63 Mrd/s, showing a clear increase of frequency with pressure. Our results also demonstrated that the assimetry parameter and the frequency distribution with, are pratically insensitive to the pressure, within the investigated range of pressure.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-06-28T18:08:29Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 9737599 bytes, checksum: fd1c96dcfb7c14f5fa206a440c3c5095 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-28T18:08:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 9737599 bytes, checksum: fd1c96dcfb7c14f5fa206a440c3c5095 (MD5) Previous issue date: 2018-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho estudamos tres importantes sistemas magnéticos extensamente pesquisados nas últimas décadas. Na primeira parte, a proposta recente da utilização de skyrmions magnéticos, que são excitações topológicas tipo quasi-partícula em ferromagnetos, em memórias tipo racetrack, tem atraído a atenção de pesquisadores nos últimos anos abrindo um novo campo de estudo chamado skyrmionics, que é uma tentativa de utilizar estas estruuras magnéticas como transportadores de informação na próxima geração de de dispositivos spintrônicos. Para a utilização de skyrmions magnéticos, em alguns sistemas é necessário a inclusão de interação Dzyaloshinskii-Moriya e campos magnéticos externos no sistema. Neste trabalho, nós exploramos um sistema sem estes requisitos. Primeiro, propusemos um modo controlado de criação de skyrmions e skyrmioniums impressos em em uma nanofita de material ferromagnético com magnetização fora do plano. Após isso, investigamos o destacamento da estrutura da região abaixo de um nanodisco, responsável por imprimir esta estrutura. O transporte é feito por spin transfer torque devido a pulsos de corrente elétrica spin polarizada aplicadas na nanofita. A detecção da estrutura é feita por magnetoresistência túnel. Esta estrutura que se move, após deixar a região abaixo do disco, não é mais considerada um skyrmion e, calculando como a carga topológica evolui, a estrutura foi chamada de sóliton magnético ressonante. A segunda parte cobre os efeitos de geração de correntes puras de spin por Spin Pumping e efeito Seebeck de Spin e a conversão dessas correntes de spin em correntes de carga em isolantes topológicos a temperatura ambiente. A conversão de corrente de spin em corrente de carga é devido ao efeito Edelstein Inverso (IEE) que é possivel devido ao ’spin-momentum locking’ do elétron no nível de Fermi devido ao campo de Rashba. As medidas nas duas técnicas levaram ao mesmo valor do parâmetro IEE, mostrando que ambos os resultados são maneiras eficientes de converão de corrente de spin em corrente de carga. Na terceira parte, redes de nanomagnetos projetados para assemelhar-se a gelos de spin (estados magnéticos desordenados) e são conhecidos como gelos de spin artificiais e, estudos teóricos e experimentais da termodinâmica nestas redes. Nas redes retangulares de gelos de spin artificiais espera-se que mostrem diferentes transições de fase mudando a geometria do sistema. Esta dinâmica gerada por efeitos geométricos abrem uma possibilidade de explorar diferentes estados fundamentais e geração de monopolos magnéti- cos por efeitos térmicos. Aqui, mostramos que uma rede particular de gelos de spin artificiais se mostram com menos restrições para que as nanoilhas mudem magnetização em uma rede em particular e, comparndo o impacto de efeitos térmicos em mudanças de magnetização em diferentes sistemas, é possível encontrar o fenÃt’meno chamado geometrotermodinâmica. / In this work we study three important magnetic systems extensively researched in the past decades. In the first part, the recent proposition of the use of magnetic skyrmions, which are topological particle-like excitations in ferromagnets, in racetrack memories, have attracted a lot of attention recently opening up a new field of study called skyrmionics which is an attempt to use those magnetic structures as information carriers in next generation of spintronic devices. For usage of magnetic skyrmions, in some systems is necessary to include the Dzyaloshinskii- Moriya interaction (DMI) and the out-of-plane magnetic field into the system. In this work, we explore a system without these requirements. First, we propose a controlled way for the creation of magnetic skyrmions and skyrmioniums imprinted in a perpendicular magnetized ferromagnetic nanotrack. Then we investigate the detachment of the imprinted spin textures from the underneath of the nanodisk, the transport by the spin-transfer torque imposed by spin-polarized current pulses applied in the nanotrack and the detection by Tunnel Magnetoresistance (TMR). We notice that the moving structure is not a skyrmion after is detached, and by calculating how the topological charge behaves, we have called it the resonant magnetic soliton (RMS). The second part covers the generation of spin currents by Spin Pumping and Spin Seebeck effects and the conversion of this spin current to charge current in (Bi 0.22 Sb 0.78 ) 2 T e 3 topological insulators at room temperature. The spin-to-charge current conversion is attributed to the inverse Edelstein effect (IEE) made possible by the spin-momentum locking in the electron Fermi contours due to the Rashba field. The measurements by the two techniques yield the same value for the IEE parameter, showing that those methods can be an efficient way to the spin to charge current in topological insulators. In the third part, arrays of nanomagnets designed to resemble spin ice materials (disordered magnetic states) are known as artificial spin ices (ASI). Here we study, both theoretically and experimentally the thermodynamic effects on streched arrays of spin ices. The rectangular artificial spin ices (RASI) is expected do show different phase transitions by changing the geometry of the system. This geometrically driven dynamics in ASI can open up the panorama of exploring distinct ground states and thermally generated magnetic monopole excitations. Here, it is shown that a particular RASI lattice experience less restriction to flip precisely in a kind of rhombic lattice and by comparing the impact of thermal effects on the spin flips in these three appropriate different RASI arrays, it is possible to find the phenomenon that we call ASI geometrothermodynamics.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-09-05T22:06:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Fábio Gomes Ribeiro.pdf: 10740890 bytes, checksum: d8441636ef0750349f292a0d79c31be3 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-09-14T21:43:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Fábio Gomes Ribeiro.pdf: 10740890 bytes, checksum: d8441636ef0750349f292a0d79c31be3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-14T21:43:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Fábio Gomes Ribeiro.pdf: 10740890 bytes, checksum: d8441636ef0750349f292a0d79c31be3 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / CNPq / In view of quite recent experimental activities on magnetic and superconducting properties of honeycomb and hexagonal lattice based materials, in this thesis we have used field-theoretic and many-body methods to investigate magnetic and superconducting properties of the large-U Hubbard model on the honeycomb lattice at half-filling and in the hole-doped regime. Within the framework of a functional-integral approach, we obtain the Lagrangian density associated with the charge (Grassmann fields) and spin [SU(2) gauge fields] degrees of freedom. The Hamiltonian related to the charge degrees of freedom is exactly diagonalized. In the strong-coupling regime, we derive a perturbative low-energy theory suitable to describe the (quantum) magnetic and superconducting phases at half-filling and in the hole-doped regime. At half-filling, we deal with the underlying spin degrees of freedom of the quantum antiferromagnetic (AF) Heisenberg model by employing a second-order spin-wave analysis, in which case we have calculated the ground-state energy and the staggered magnetization; the results are in very good agreement with previous studies. Further, in the continuum, we derive a nonlinear σ-model with a topological Hopf term that describes the AF-VBS (valence bond solid) competition. In the challenging hole-doped regime, our approach allows the derivation of a t-J Hamiltonian, and the analysis of the role played by charge and spin quantum fluctuations on the ground-state energy and, particularly, on the breakdown of the AF order at a critical hole doping; the results are benchmarked against recent Grassmann tensor product state simulations. In addition, we have performed an extensive study of the electronic structure of the doped system for each competing phase: AF, ferromagnetic (FM), and (spin-singlet pairing) s-, dx₂₋ʏ₂ – and idxʏ -wave superconducting (SC) state induced by purely electronic effects. In this context, an energetic analysis of the ground state of these phases reveal that the AF order prevails for low hole doping, while a dominantly chiral dx₂₋ʏ₂ + idxʏ superconducting state was found in the vicinity of the Van Hove singularity (high hole doping). We also stress that a thermodynamic analysis of the superconducting phase shows that the critical temperature is directly related to the exchange constant J = 4t²/U, in which t denotes the hopping amplitude and U the on-site Coulomb repulsion of the Hubbard model (purely electronic origin). Remarkably, the competition between the AF and dx₂₋ʏ₂ + idxʏ SC phases takes place by the occurrence of a first-order transition accompanied by a spatial phase separation of the referred phases. / Diante dos recentes resultados experimentais sobre propriedades magnéticas e supercontudoras de materias compostos com estruturas cristalinas “rede colmeia" (honeycomb) e hexagonal, nesta tese utilizamos métodos da teoria de campos e da teoria quântica de muitos corpos para investigar as propriedades magnéticas e supercondutoras do modelo de Hubbard no limite de acoplamento forte na rede honeycomb, incluindo os regimes de banda semicheia e dopada (buracos). No âmbito do formalismo de integração funcional, obtivemos uma densidade de lagrangiana associada aos graus de liberdade de carga (campos de Grassmann) e de spin [campos de calibre SU(2)]. O hamiltoniano relacionado aos graus de liberdade de carga é exatamente diagonalizado. No regime de acoplamento forte, derivamos uma teoria perturbativa de baixa energia adequada para descrever as fases (quânticas) magnéticas e supercondutoras nos regimes de banda semi-cheia e dopada por buracos. No regime de banda semi-cheia investigamos os efeitos das flutuações quânticas de spin na fase antiferromagnética (AF) no contexto do modelo de Heisenberg, utilizando uma teoria perturbativa de ondas de spin até O (1/S²), onde S é a magnitude do spin. Com efeito, calculamos a energia do estado fundamental e a magnetização por sítio, cujos resultados estão em boa concordância com estudos anteriores. Além disso, analisamos a competição AF-VBS (estado cristalino de ligação de valência) por meio do modelo σ não-linear com a presença do termo topológico de Hopf. No desafiante regime dopado por buracos, nossa abordagem possibilitou a derivação de um hamiltoniano t-J e a análise do papel desempenhado pelas flutuações quânticas de carga e de spin na energia do estado fundamental da fase AF e, principalmente, no colapso da fase AF para uma dopagem crítica; os resultados são aferidos com recentes simulações de Grassmann tensor product state. Em adição, realizamos um estudo extensivo das estruturas eletrônicas do sistema dopado para cada fase competidora, na ausência de flutuações quânticas de spin: AF, ferromagnética (FM) e supercondutora (SC) induzida por efeitos puramente eletrônicos com simetria (pareamento tipo singleto) s, dx₂₋ʏ₂ ou dxʏ. Neste contexto, uma análise energética do estado fundamental dessas fases revela que a fase AF prevalece no regime de baixa dopagem, enquanto que o estado supercondutor com simetria quiral dx₂₋ʏ₂ + idxʏ predomina nas proximidades da singularidade de Van Hove (regime de alta dopagem). Destacamos ainda que uma análise termodinâmica da fase supercondutora demonstra que a temperatura crítica está diretamente relacionada à constante de troca J = 4t²/U, onde t é a amplitude de hopping e U é a repulsão coulombiana intra-sítio do modelo de Hubbard (origem puramente eletrônica). Finalmente, ressaltamos que a competição entre as fases AF - dx₂₋ʏ₂ + idxʏ SC se manifesta pela ocorrência de uma transição de primeira ordem acompanhada da separação espacial das referidas fases.