A classic problem in physics concerns normal versus anomalous diffusion. Fractal analysis of random walks with memory aims at quantitatively describing the complex phenomenology observed in economic, ecological, biological and physical systems. Markov processes exhaustively account for random walks with short-range memory. In contrast, long-range memory typically gives rise to non-Markovian walks. The most extreme case of a non-Markovian random walk corresponds to a stochastic process with dependence on the entire history of the system. We study a recently proposed non-Markovian random walk model characterized by loss of memories of the recent past and amnestically induced persistence. We report numerical and analytical results showing the complete phase diagram, consisting of 4 phases, for this system: (i) classical nonpersistence, (ii) classical persistence (iii) log-periodic nonpersistence and (iv) log-periodic persistence driven by negative feedback. The first two phases possess continuous scale invariance symmetry, however log-periodicity breaks this symmetry. Instead, log-periodic motion satisfies discrete scale invariance symmetry, with complex rather than real fractal dimensions. We find for log-periodic persistence evidence not only of statistical but also of geometric self-similarity. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Um clássico problema em física consiste em difusão normal versus anômala. Análise fractal de caminhadas aleatórias com memória, sugere descrever quantitativamente uma fenomenologia complexa observada em economia, ecologia, biologia, e física. Processos Markovianos estão representados em caminhadas aleatórias com memória de curto alcance. Em contraste, memória de longo alcance surge tipicamente em caminhadas não-Markovianas. O caso mais extremo de uma caminhada não-Markoviana corresponde a um processo estocástico com dependência em sua história completa. Estudamos uma proposta recente de caminhada não-Markoviana caracterizada por perda de memória do passado recente e persistência induzida amnesicamente. Apresento resultados analíticos mostrando um diagrama de fase completo, consistindo de 4 fases. (i) não-persistente clássico, (ii) persistente clássico controlado por feedback positivo, (iii) não-persistente log-periódico e (iv) persistente log-periódico controlado por feedback negativo. As primeiras duas fases apresentam invariância de escala em simetria contínua. Em compensação, movimento log-periódico apresenta invariância de escala em simetria discreta, com dimensão complexa maior do que a dimensão fractal real. É mostrado evidências de persistência log-periódica não somente estatísticas, mas devido também a auto-similaridade geométrica. Obtivemos os resultados numéricos e analíticos para seis expoentes críticos, que juntos caracterizam completamente as propriedades das transições.

The work begins with a review on the concept of group and phase velocity, and a discussion about pulses propagation in dispersive media. After that, we are going to study the Helmholtz equation, followed by Drude-Lorentz s model description of electric susceptibility. In this study we have analyzed the relations between the real and imaginary part of the dielectric constant, using Kramers-Kronig relations. Moreover, we have analyzed the necessary conditions to obtain these relations, and the causality principle. We have shown physical systems in which is possible to obtain anomalous dispersion. The systems are population inversion, system with gain-assisted and photonic crystal. To understand better about some mathematical methods used to study the propagation of pulses, we have reviewed Fourier, Laplace and Green s methods. We used the wave equation to show how the methods mentioned above became a problem simpler to be solved. Finally, we have studied Cauchy-Riemann s conditions and the analyticity of real and imaginary functions. We have studied the propagation of Gaussian pulse and a compact support pulse, in the anomalous dispersion region. We have shown that the Gaussian pulse can propagate with a bigger group velocity than the speed of light in the vacuum, and these results are the same when we use the whole expression for the refractive index or not. However, in the case of the compact support pulse we have seen that is not true. On the other hand, in the study of the compact support pulse propagation, it was observed that the non-analytical points never exceed the speed of light in the vacuum. Associating the information to the non-analytical points we have observed the impossibility to send information faster than light in the vacuum. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O trabalho inicia com uma revisão sobre o conceito de velocidade de grupo e de fase, e uma breve discussão do que ocorre quando um pulso se propaga num meio dispersivo. Em seguida, fazemos um estudo da equação de onda de Helmholtz, seguido por uma descrição do modelo de Drude-Lorentz para a susceptibilidade elétrica. Durante este estudo exploramos as relações que existem entre a parte real e imaginária da constante dielétrica, através da relação de Kramers-Kronig. Além disso, discutimos o que é necessário na obtenção deste tipo de relação além do princípio de causalidade. Apresentamos os seguintes sistemas físicos nos quais é possível obter regiões com dispersão anômala: sistema com inversão de população, com ganho assistido e cristal fotônico. Com o objetivo de aprofundar o entendimento das ferramentas matemáticas usadas no estudo da propagação de pulsos, revisamos os métodos de Fourier, de Laplace e de Green. Aplicamos estes métodos na equação de onda para mostrar como os mesmos tornam o problema mais simples de ser resolvido. Por fim, estudamos as condições de Cauchy-Riemann e a analiticidade de funções reais e imaginárias. Estudamos a propagação de um pulso Gaussiano e de um pulso com suporte compacto, na região de dispersão anômala. Mostramos que um pulso Gaussiano se propaga com uma velocidade de grupo maior que a velocidade da luz no vácuo, e que o resultado obtido é o mesmo se usarmos somente a parte real do índice de refração ou se usarmos a expressão completa no estudo da propagação. No caso de um pulso com suporte compacto vimos que isto não é verdade. Percebemos ainda que na propagação do pulso com suporte compacto os pontos não analíticos nunca excedem a velocidade da luz no vácuo. Associando a informação a pontos não analíticos mostramos ser impossível enviar informação mais rápida que a luz no vácuo.

We present the theory of orbital angular momentum of light (MAO), based on the basic concepts of electromagnetism, as well as some techniques from generation and characterization of light beams possessing MAO. We also present non-linear optical processes of parametric conversion spontaneous descendant (CPD) and stimulated (CPDE). We reviewed the problem of conservation of MAO in CPD in the scheme does not collinear, describing States of using Laguerre-Gauss beams MAO. We extend this study to the case in which Bessel beams are used to describe the States of MAO. Our results show that rape occurs on conservation law of MAO, which is attributed to deformation of the angular spectrum of beam pumping (pump) transferred to the twin photons. However, this violation can be advantageous because through breach of MAO have access to entangled States of dimension greater than those generated with collinear geometry. As an alternative to the note of the violation of the law of conservation in parametric down conversion process we proposed an experiment based on CPDE, where the experimental implementation is simpler. Using MAO as target and polarization qubit as qubit control, we experimentally a alternative to optical circuit proposal for Li-Ping et al. [16] for the implementation of the logic gate C-NOT. Also we present an application of logic gate C-NOT for the generation of entangled States of a single photon, which can be implemented with our optical circuit. The generation of entangled States, multidimensional, and the implementation quantum logic gates are important for the areas of information and quantum computation. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos a teoria do momento angular orbital da luz (MAO), baseada nos conceitos básicos do eletromagnetismo, bem como algumas técnicas de geração e caracterização de feixes de luz possuindo MAO. Apresentamos também os processos ópticos não lineares de conversão paramétrica descendente espontânea (CPD) e estimulada (CPDE). Revisamos o problema da conservação do MAO na CPD no regime não colinear, descrevendo os estados de MAO utilizando feixes Laguerre-Gauss. Extendemos este estudo para o caso em que feixes Bessel são usados para descrever os estados de MAO. Nossos resultados mostram que ocorre violação na lei de conservação do MAO, que é atribuída a deformação do espectro angular do feixe de bombeamento (pump) transferido para os fótons gêmeos. Entretanto, esta violação pode ser vantajosa, pois através da violação do MAO conseguimos ter acesso a estados emaranhados de dimensão maior do que aqueles gerados com geometria colinear. Como alternativa para a observação da violação da lei de conservação no processo de conversão paramétrica descendente, propusemos um experimento baseado na CPDE, onde a realização experimental é mais simples. Utilizando o MAO como qubit alvo e a polarização como qubit controle, realizamos experimentalmente um circuito ótico alternativo à proposta de Li-Ping e colaboradores [16] para a implementação da porta lógica C-NOT. Também apresentamos uma aplicação da porta lógica C-NOT para a geração de estados emaranhados de um único fóton, que pode ser implementada com nosso circuito ótico. A geração de estados emaranhados multidimensionais e a implementaçãode portas lógicas quânticas são importantes para as áreas de informação e computação quântica.

In this work we study PhD in general transport properties of and quasi particles-energy particles in one-dimensional systems. We study various models and, through different techniques, we obtained a long spectrum of new results. We did a quick study in a ternary d-1 with electronic distribution site built from a stochastic process known by Ornstein-Uhlenbeck (or). Through exact diagonalizacão we calculate the optical absorption spectrum and distribution of spacing between n ´ levels for this ternary model. Overall, we demonstrated that ´ and can control the position of the absorption peaks by regulating the ternary distribution. In a second moment, we present the results obtained for systems with electronic Dynamics coupled to's vibrations. In this sense, we conducted three separate works: at first, we study the dynamics of an electron in a anarmônica in the presence of electron-interaction network. This anarmônica network was built using the formalism of Fermi-Pasta-Ulam with cubic potential. We made also use of the tight-binding approach to treat the electronic transport, and a classical formalism to describe the longitudinal vibrations. In our studies, electron-interaction network was considered such that the integral of transfer between the neighboring atoms ´ is dependent on the effective distance between neighboring atoms ´ (SuSchrieffer-approach model J. Heeger SSH). Our results suggest a kind of solitônico mode control on electronic Dynamics along the nonlinear network adopted. And, therefore, a kind of State electron moving soliton along the chain. This apparent mobility of electron pair-soliton shown with seemingly constant speed and can be a crucial ingredient in the transport of loads in non-linear chains. In our second approach we investigate the dynamics of electronic State moving in a DNA chain containing N bases, in what we consider beyond the DNA intrinsic disorder distribution, the effect of the vibrations of the DNA. Again, the term electron network was considered such that the electronic hopping energy could depend on the effective distance between the nearest DNA bases. The main results obtained show that the electron-Phonon coupling can transpose the location of Anderson, promoting the emergence of a dynamic sub-difusiva to long. In our work, verificamos also played the role of Atomic coupling type (for 1st gear one cas ˆ nicas, cu ´ Bamford or interac ¸ ' Morse type) within the context of electronic transport in the presence of electron-Phonon coupling. Another point which we investigated was the interaction with acoustic waves pumped throughout the network (an simplificada way to consider acu waves ´ sticas ´ also surface in calls from SAW or Surface Acoustic Waves). In a context we conducted a research on the magnetic dynamics of a magnon in Heisenberg ferromagnetic systems in presence of interactions magnon-fo non ˆ. Our results show that the propagation of spin wave follows a super-difusivo scheme for all values of intensity of magnon-coupling network considered. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho de doutorado estudamos em linhas gerais propriedades de transporte de energia, partículas e quasi-partículas em sistemas unidimensionais. Estudamos diversos modelos e, através de técnicas distintas, obtivemos um longo espectro de novos resultados. Fizemos um rápido estudo em uma cadeia eletrônica ternária 1-d com distribuição on-site construída a partir de um processo estocástico conhecido por Ornstein-Uhlenbeck (OU). Através de diagonalizacão exata calculamos o espectro de absorção ótica e a distribuição de espaçamentos entre n´níveis para este modelo ternário. De modo geral, demonstramos que ´e possível controlar a posição dos picos de absorção regulando a distribuição ternária. Em um segundo momento, apresentamos os resultados obtidos para sistemas com a dinâmica eletrônica acoplada a`s vibrações da rede. Neste sentido, realizamos três trabalhos distintos: a princípio, estudamos a dinâmica de um elétron em uma cadeia anarmônica na presença da interação elétron-rede. Esta rede anarmônica foi construída utilizando o formalismo de Fermi-Pasta-Ulam com o potencial cúbico. Fizemos uso também da aproximação tight-binding para tratar o transporte eletrônico, e um formalismo clássico para descrever as vibrações longitudinais. Em nossos estudos, a interação elétron-rede foi considerada de tal forma que a integral de transferência entre os ´átomos vizinhos seja dependente da distância efetiva entre os ´átomos vizinhos (modelo de aproximação SuSchrieffer-Heeger SSH). Nossos resultados sugerem um tipo de controle do modo solitônico sobre a dinâmica eletrônica ao longo da rede não-linear adotada. Indicando, portanto, um tipo de estado elétron-sóliton se movendo ao longo da cadeia. Esta aparente mobilidade do par elétron-sóliton se mostra com velocidade aparentemente constante e pode ser um ingrediente crucial no transporte de cargas em cadeias não-lineares. Em nossa segunda abordagem investigamos a dinâmica de um estado eletrônico se movendo em uma cadeia de DNA contendo N bases, em que consideramos além da distribuição de desordem DNA intrínseca, o efeito das vibrações do DNA. Novamente, o termo elétron-rede foi considerado de tal forma que a energia de hopping eletrônica pudesse depender da distância efetiva entre as bases mais próximas do DNA. Os principais resultados obtidos revelam que o acoplamento elétron-fônon pode transpor a localização de Anderson, promovendo o aparecimento de uma dinâmica sub-difusiva para tempos longos. Em nosso trabalho, verificamos também o papel do tipo de acoplamento atômico (for¸cas harmoˆnicas, cu´bicas ou interac¸˜ao tipo Morse) dentro do contexto do transporte eletrônico na presença de acoplamento elétron-fônon. Outro ponto que investigamos foi a interação com ondas acústicas bombeadas ao longo da rede (uma maneira simplificada de considerar ondas acu´sticas de superfície tamb´em chamadas de SAW ou Surface Acoustic Waves). Em um contexto magnético realizamos uma investigacão sobre a dinâmica de um magnon em sistemas ferromagnéticos de Heisenberg na presença de interações magnon-foˆnon. Nossos resultados apontam que a propagação da onda de spin segue um regime super-difusivo para todos os valores de intensidade de acoplamento magnon-rede considerados.

The effective action of Euler Heisenberg describes the nonlinear dynamics of electromagnetic fields in vacuum. Such action takes into account the polarization in a vacuum for a bond, in addition to describing also the photon propagation through arbitrary electromagnetic fields that vary slowly. So, since its discovery, the effective action of Euler Heisenberg has been studied in various contexts, such as the scattering of light by light, pair production in a vacuum, Division of photons, birefringence in vacuum, effective action in gravity and string theory, among others. In this work we performed a study on the Lorentz transformations of observer and grains, showing that, in the presence of a field, the revolutions and changes of speed (boost) break the equivalence between these two transformations (Observer and particle). We studied also the violation of Lorentz invariance by consideration of some terms related to the extended standard model, with a focus on quantum electrodynamics extended. We carry out a Perturbative calculation in the cμν coefficient, a coefficient of this responsible for violation of Lorentz symmetry of particle, however impose rotational invariance. From the results of this calculation, we can retrieve the Perturbative result to the effect of the Division of photons in a vacuum, as well as the effective action of Euler Heisenberg with Lorentz violation, the linear coefficient c00. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A ação efetiva de Euler-Heisenberg descreve a dinâmica não linear de campos eletromagnéticos no vácuo. Tal ação leva em conta a polarização no vácuo para um laço, além de descrever também a propagação de fótons através de campos eletromagnéticos arbitrários que variam lentamente. Então, desde a sua descoberta, a ação efetiva de Euler-Heisenberg tem sido estudada em vários contextos, tais como o espalhamento da luz pela luz, produção de pares no vácuo, divisão de fótons, birrefringência no vácuo, ação efetiva em gravidade e teoria de cordas, dentre outros. Neste trabalho realizamos inicialmente um estudo sobre as transformações de Lorentz de observador e de partícula, mostrando que, na presença de um campo de fundo, as rotações e mudanças de velocidade (boost) quebram a equivalência entre essas duas transformações (observador e partícula). Estudamos também a violação da invariância de Lorentz através da consideração de alguns termos referentes ao modelo padrão estendido, com foco na eletrodinâmica quântica estendida. Efetuamos um cálculo não perturbativo no coeficiente cμν , coeficiente este responsável pela violação da simetria de Lorentz de partícula, no entanto impomos invariância rotacional. A partir dos resultados desse cálculo, conseguimos recuperar o resultado perturbativo para o efeito da divisão de fótons no vácuo, assim como a ação efetiva de Euler-Heisenberg com violação de Lorentz, linear no coeficiente c00.

Neste trabalho estudamos os aspectos teóricos dos efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos simples com dois e quatro níveis de energia. Para esta finalidade utilizamos um hamiltoniano que considera um sistema de momentos localizados interagindo entre si e com um campo magnético externo. No hamiltoniano também são incluídos a interação magnetoelástica, e um termo extra para simular anisotropia. O efeito de pressão externa é levado em consideração através da renormalização do parâmetro deinteração de troca. Fizemos um estudo sistemático das propriedades magnetocalóricas e barocalóricas para vários conjuntos de parâmetros do modelo. Os resultados obtidos mostram diversos tipos de comportamento dos potenciais magnetocalóricos, como o efeito mesa, o efeito inverso, o efeito gigante e uma estrutura com dois picos. / In this work we study the theoretical aspects of the magnetocaloric and barocaloric effect in simple physical systems with two and four energy levels. In order to do that, we used a Hamiltonian that consider local magnetic moments interacting among them and with an external magnetic field.We include in the Hamiltonian the magnetoelastic interaction, and an extra term to simulate anisotropy. We consider the external pressure effect using a renormalization of the interaction exchange parameter. We performed systematical study about the magnetocaloric and barocaloric properties for a lot of sets of model parameters. The results show different types of behavior of the magnetocaloric potentials, such as the table-like effect, the inverse effect, the giant effect and a structure with two peaks.

O objetivo deste trabalho foi a investigação das propriedades ópticas e estruturais de materiais isolantes contendo metais de transição do grupo do ferro como impurezas substitucionais. As técnicas usadas para o estudo de amostras MgGa2O4, MgGa2O4 + B- Ga2O3 e ZnGa2O4 dopadas com Cr3+e Fe3+ foram: fotoluminescência, excitação, difração de raios-X, espalhamento de nêutrons, método de Rietveld para o refinamento da estrutura e espectroscopia fotoacústica. Estas técnicas permitem a determinação da coordenação do sítio impureza, a atribuição das transições de energia, o cálculo dos parâmetros de energia e a determinação de propriedades cristalográficas. As amostras apresentam largas bandas de energia nas regiões do visível e do infravermelho. Estas transições indicam a relevância deste estudo pelo interesse tecnológico na obtenção de novos materais com bandas sintonizáveis. No primeiro capítulo apresentamos uma introdução à teoria de campo cristalino. No segundo capítulo apresentamos medidas de fotoluminescência e excitação do MgGa2O4 dopado com 0,1, 0,5, 1,0 e 5,0 % de Cr3+ a 77 K e temperatura ambiente. No terceiro capítulo usamos fotoluminescência, excitação, espalhamento de nêutrons, difração de raios X, fotoacústica e método de refino de Rietveld para analisar o sistema MgGa2O4 + B-Ga2O3 contendo 0,1, 0,5, 1,0 e 5,0 % de Cr3+. No quarto capítulo mostramos resultados de fotoacústica para o ZnGa2O4 dopado com 5% e 10% de Fe3+. / The aim of this work was the investigation of optical and structural properties of insulating materials containing iron group metal transition ions as substitutional impurities. The used techniques for the study of MgGa2O4, MgGa2O4 + B-Ga2O3 and ZnGa2O4 samples doped with Cr3+ and Fe3+ were: photoluminescence, excitation, X-ray diffraction, neutron scattering, Rietveld method for structure refinement and photoacoustic spectroscopy. These techniques allow the determination of impurity site coordination, the assignment of energy transitions, the calculation of energy parameters and the determination of crystallographic properties. The samples present broad energy bands at visible and infrared spectral regions. These transitions point to the relevance of this study for being of technological interest. In the first chapter we present an introduction to crystal field theory. In the second chapter we present the photoluminescence and excitation measurements of MgGa2O4 doped with 0.1, 0.5, 1.0 and 5.0 % of Cr3+ at 77 K and room temperature. In the third chapter we used the photoluminescence, excitation, neutrons scattering, X-ray diffraction, photoacoustic and Rietveld method for analysis of the MgGa2O4, MgGa2O4 + B-Ga2O3 system containing 0.1, 0.5, 1.0 and 5.0 % of Cr3+. In the fourth chapter we show the photoacoustic results for ZnGa2O4 doped with 5% and 10% of Fe3+.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os materiais ferroelétricos têm sido utilizados em muitas áreas da tecnologia e da ciência, pois possuem um grande número de aplicações, como: sensores; transdutores; capacitores; dispositivos ópticos; dentre outras. A busca por novos materiais cerâmicos ferroelétricos tem sido grande. Um dos materiais cerâmicos ferroelétricos mais estudados é o titanato de bário (BT). São vários os métodos de produção e caracterização do titanato de bário. Neste trabalho, pós cerâmicos de titanato de bário foram obtidos por reação do estado sólido a partir de misturas reacionais calcinadas em diferentes temperaturas entre 400C e 900C. Foram três as misturas reacionais: não dopadas; dopadas com 1%; e dopadas com 5% de dióxido de cério (CeO2). A identificação da formação do BT, nos pós cerâmicos produzidos, foi feita a partir de três técnicas de caracterização: difração de raios X (DRX); espectroscopia fotoacústica (PAS); e técnicas de análise térmica. Com a técnica DRX, difratogramas mostraram que a plena formação do titanato de bário ocorreu a partir da temperatura de calcinação de 700C. Para a amostra não dopada com cério e calcinada a 800C, houve deslocamento de todos os picos de difração. Nas amostras dopadas com dióxido de cério houve deslocamento de todos os picos de difração, em relação as amostras não dopadas. Observou-se também que nas amostras dopadas com 5% de CeO2, e calcinadas a 700C e 800C, resíduos de dióxido de cério foram observados nos difratogramas. Com a técnica PAS, espectros de absorção foram obtidos. Foi possível observar uma grande diferença de absorção da amostra calcinada a 600 e 630C, indicando a formação do titanato de bário a partir da temperatura de 630C, nas amostras sem a dopagem dióxido de cério. Houve um alargamento nas bandas de absorção a partir da temperatura de 600C, quando o dióxido de cério entrou na matriz. Foi também possível determinar as energias de band-gap das amostras utilizando o método de Tauc. Com as técnicas de análise térmica, em especial através da técnica termogravimétrica (TG/DTG), foi comprovado que até 400C não havia formação de titanato de bário. Visto que nesta temperatura de calcinação houve a maior perda de massa durante a rampa de aquecimento. O início da formação do titanato de bário foi observado a partir da temperatura de calcinação de 500C, assim como nas técnicas DRX e PAS. Portanto, com os resultados apresentados, foi demonstrada a identificação da formação do titanato de bário nas misturas reacionais calcinadas, com auxílio das potencialidades das três técnicas utilizadas. / Ferroelectric materials have been used in many areas of technology and science, because they have a large number of applications, such as sensors; transducers; capacitors; optical devices; among others. The search for new ferroelectric ceramics has been great. One of the most studied ferroelectric ceramic material is barium titanate (BT). There are several methods for production and characterization of barium titanate. In this work, ceramic powders of barium titanate were obtained by solid state reaction from reaction mixtures calcined at different temperatures between 400C and 900C. Three reaction mixtures were used: undoped; doped with 1%; and 5% doped with cerium dioxide (CeO2). The identification of the formation of BT, for the ceramic powders produced, was taken from three characterization techniques: X-ray diffraction (XRD); photoacoustic spectroscopy (PAS); and thermal analysis techniques. With the technique XRD diffraction patterns showed that complete formation of the barium titanate occurred after the calcination temperature of 700C. For the sample not doped with cerium and calcined at 800C, there was displacement of all diffraction peaks. In samples doped with cerium dioxide was no displacement of all diffraction peaks, comparing to undoped samples. It was also observed that the samples doped with 5% CeO2 and calcined at 700C and 800C, cerium dioxide residues were observed in the diffraction pattern. The absorption spectra were obtained with the technique PAS. It was possible to observe a large difference in absorption spectra in the samples calcined at 600C and 630C, indicating the formation of barium titanate at temperature of 630C in the samples without doping of cerium dioxide. There was an enlargement in the absorption band above temperature of 600C when the cerium dioxide was introduced into the matrix. It was also possible to determine the band-gap energy of the samples using the method of TAUC. With thermal analysis techniques, in particular by thermogravimetric technique (TG/DTG), has been proven that up to 400C there was no formation of barium titanate. Once, in this calcination temperature there was the largest mass loss during the heating ramp. The onset of formation of barium titanate was observed from the calcination temperature of 500C, as it has been found by the XRD and PAS techniques. Therefore, with the results presented, the identification of the formation of barium titanate calcined in reaction mixtures with the aid of the potentialities of the three techniques was demonstrated.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais e termomagnéticas dos pseudobinários Ho1-yGdyAl2, através de abordagens experimentais e teóricas. A parte experimental envolveu a preparação de cinco amostras, com as concentrações y = 0, 0,25, 0,5, 0,75 e 1, assim como medidas de magnetização, calor especifico e da variação adiabática da temperatura. Na parte teórica usamos um hamiltoniano modelo que leva em consideração a interação dos íons com o campo magnético aplicado, com o campo elétrico cristalino e a troca entre os íons magnéticos. A entropia da rede foi considerada na aproximação de Debye e a entropia eletrônica na aproximação do gás de elétrons livres. A influência das reorientações de spin, espontâneas e induzidas pelo campo magnético, na magnetização e no calor especifico foram investigadas sistematicamente tanto a partir de dados experimentais quanto teoricamente. Também obtemos resultados teóricos para a variação de entropia e variação adiabática da temperatura alterando a intensidade ou a direção do campo magnético. / In this work the structural and thermomagnetic properties of the pseudobinaries Ho1-yGdyAl2 have been studied by experimental and theoretical approaches. The experimental part included the preparation of five samples, with concentrations y = 0, 0,25, 0,5, 0,75 and 1, as well as magnetization, specific heat and adiabatic temperature change measurements. In the theoretical part we used a model Hamiltonian which includes the interaction of the ions with the applied magnetic field, the crystalline electrical field and exchange interactions with others magnetic ions. The lattice entropy has been considered within Debyes approach and the electronic entropy as that of a free electron gas. The spin reorientation influence, spontaneous and magnetic field induced ones, in magnetization and specific heat has been systematically investigated either from experimental data as well as theoretically. We have also obtained theoretical results for the isothermal entropy change and the adiabatic temperature change by modifying either the magnetic field strength or its direction.

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.