The use of spin polarised neutron scattering as an experimental probe for magnetic phenomena within solid state physics has been demonstrated in two separate studies of superconductors. With the use of three-dimensional polarisation analysis, the magnetic response within a thermal energy window -30meV < Iiw < +30meV has been measured for both insulating and superconducting compositions of the high T c material YBa2Cu306+x. The observed magnetic scattering from the superconducting composition (x=0.9S, T c-90K) at T =300K shows conclusively that there is negligible magnetic scattering in the normal state below 30meV. What little scattering is observed corresponds to a paramagnetic cross-section of (0.048±0.008)barns or to -3.2% of the Cu atoms carrying a spin 1/2. Similar polarised neutron measurements performed on insulating YBa2Cu306.11, above and below TN, reveal a small but finite level of scattering corresponding to -18% of the Cu atoms carrying a spin 1/2 in the paramagnetic state. The observed increase in paramagnetic scattering above T N corresponds to just 20% of that expected due to the thermal disordering of the observed ordered magnetic moment at 300K. These measurements are consistent with a magnetic excitation spectrum driven by quantum rather than thermal fluctuations for which the notion of separate magnetic and charge degrees of freedom (and therefore also the concept of local moments) may not be valid. In addition, measurements conducted on single crystal YBa2Cu307 in its normal state revealed no indication of magnetic enhancement in the vicinity of the (It, It) point up to 30meV. This is in disagreement with theoretical predictions of an enhanced magnetic scattering in this region for spin fluctuation energies of order 10 to 20meV. The second study demonstrates the feasibility of spin polarised neutron scattering as a novel tool for the investigation of the flux line lattice in type 11 superconductors. Measurements conducted in the mixed state of niobium (T =4.SK, B=O.22T) constitute the first experimental observation of lattice distortions due to the presence of flux line vortices. The experimentally determined magnitude of the lattice distortion yields a value approximately three orders of magnitude greater than that expected due to the volume anomaly between the coexisting normal and superconducting regions. An alternative mechanism is suggested on the basis of electron redistribution between the normal and superconducting regions in which electrons are trapped by the flux lines. As a result of this process, a response in the form of a lattice distortion is induced in order to maintain charge neutrality.

Neste trabalho foi realizado um estudo experimental da turbulência e do transporte de partículas e energia induzido por flutuações na borda do plasma do tokamak TBR-1. Para isto, foi utilizado um conjunto de sondas eletrostáticas (incluindo uma sonda tripla de resposta rápida) e magnéticas, especialmente construído para este fim. Técnicas de análise espectral foram aplicadas aos dados e permitiram verificar a influência das flutuações da temperatura nos parâmetros de transporte. Os resultados mostram que o nível relativo das flutuações da temperatura é da ordem de 10% e os da densidade e do potencial variam de ~10 a ~ 30 %. As flutuações eletrostáticas possuem faixas largas de freqüência e números de onda, o que caracteriza a borda do plasma como um meio turbulento. Estas flutuações se propagam no sentido da deriva diamagnética dos íons. A correção das flutuações das grandezas do plasma utilizando as flutuações da temperatura causou mudanças significativas nos transportes de partículas e energia induzidos por flutuações, nas posições mais internas da borda do plasma. O tempo de confinamento de partículas, calculado a partir deste transporte, está na faixa de ~1 a ~ 1,5 ms, que é da mesma ordem do tempo de confinamento obtido por outros métodos, indicando assim que o transporte induzido por flutuações pode ser considerado como o principal processo de perda de partículas na borda do plasma. Utilizando perturbações magnéticas externas, verificamos que a temperatura e a densidade diminuem e há alterações significativas nas características das flutuações eletrostáticas e magnéticas. Os transportes de partículas e de energia também são afetados, diminuindo nas posições mais internas da borda do plasma. Estes efeitos mostram que a borda do plasma torna-se um meio menos turbulento e que estas perturbações são um meio efetivo de controle do transporte nesta região. / In this work we report an experimental study of the turbulence and the particle and energy transport due to fluctuations in the plasma edge of the TBR-1 tokamak. For this study a special set of electrostatic probes (including one fast response triple probe) and magnetic probes have been constructed. The triple probe permitted measurements of temperature fluctuations. Spectral analysis techniques were applied to the data and permitted to verify the influence of temperature fluctuations on the transport parameters. Our results indicate that the relative level of temperature fluctuations is ~ 10 % and the relative levels of density and potential fluctuations are in the range from ~ 10 to ~ 30 %. The electrostatic fluctuations are broadband in frequencies and wave numbers indicating that plasma edge is a turbulent medium. These fluctuations propagate in the ion diamagnetic drift direction. If temperature fluctuations are taken into account, significant modifications in the calculated transport parameters are obtained mainly in the inner positions of plasma edge. The particle confinement time, calculated from the transport corrected by the temperature fluctuations, is in the range from ~ 1 to ~ 1.5 ms. These values are comparable with those calculated by using other methods, indicating that transport induced by fluctuations is the main process of particle loss in the TBR-1 plasma edge. Controlled electrical currents circulating in helical windings were used to produce magnetic perturbations. These perturbations produce a decrease in the plasma mean density and temperature, and a significant alteration in the electrostatic and magnetic fluctuations. The transport parameters are also affected, decreasing at the inner positions of the plasma edge. The effect of these magnetic fields shows that these perturbations are an effective mean to control the transport in this region.

Neste trabalho foi realizado um estudo experimental da turbulência e do transporte de partículas e energia induzido por flutuações na borda do plasma do tokamak TBR-1. Para isto, foi utilizado um conjunto de sondas eletrostáticas (incluindo uma sonda tripla de resposta rápida) e magnéticas, especialmente construído para este fim. Técnicas de análise espectral foram aplicadas aos dados e permitiram verificar a influência das flutuações da temperatura nos parâmetros de transporte. Os resultados mostram que o nível relativo das flutuações da temperatura é da ordem de 10% e os da densidade e do potencial variam de ~10 a ~ 30 %. As flutuações eletrostáticas possuem faixas largas de freqüência e números de onda, o que caracteriza a borda do plasma como um meio turbulento. Estas flutuações se propagam no sentido da deriva diamagnética dos íons. A correção das flutuações das grandezas do plasma utilizando as flutuações da temperatura causou mudanças significativas nos transportes de partículas e energia induzidos por flutuações, nas posições mais internas da borda do plasma. O tempo de confinamento de partículas, calculado a partir deste transporte, está na faixa de ~1 a ~ 1,5 ms, que é da mesma ordem do tempo de confinamento obtido por outros métodos, indicando assim que o transporte induzido por flutuações pode ser considerado como o principal processo de perda de partículas na borda do plasma. Utilizando perturbações magnéticas externas, verificamos que a temperatura e a densidade diminuem e há alterações significativas nas características das flutuações eletrostáticas e magnéticas. Os transportes de partículas e de energia também são afetados, diminuindo nas posições mais internas da borda do plasma. Estes efeitos mostram que a borda do plasma torna-se um meio menos turbulento e que estas perturbações são um meio efetivo de controle do transporte nesta região. / In this work we report an experimental study of the turbulence and the particle and energy transport due to fluctuations in the plasma edge of the TBR-1 tokamak. For this study a special set of electrostatic probes (including one fast response triple probe) and magnetic probes have been constructed. The triple probe permitted measurements of temperature fluctuations. Spectral analysis techniques were applied to the data and permitted to verify the influence of temperature fluctuations on the transport parameters. Our results indicate that the relative level of temperature fluctuations is ~ 10 % and the relative levels of density and potential fluctuations are in the range from ~ 10 to ~ 30 %. The electrostatic fluctuations are broadband in frequencies and wave numbers indicating that plasma edge is a turbulent medium. These fluctuations propagate in the ion diamagnetic drift direction. If temperature fluctuations are taken into account, significant modifications in the calculated transport parameters are obtained mainly in the inner positions of plasma edge. The particle confinement time, calculated from the transport corrected by the temperature fluctuations, is in the range from ~ 1 to ~ 1.5 ms. These values are comparable with those calculated by using other methods, indicating that transport induced by fluctuations is the main process of particle loss in the TBR-1 plasma edge. Controlled electrical currents circulating in helical windings were used to produce magnetic perturbations. These perturbations produce a decrease in the plasma mean density and temperature, and a significant alteration in the electrostatic and magnetic fluctuations. The transport parameters are also affected, decreasing at the inner positions of the plasma edge. The effect of these magnetic fields shows that these perturbations are an effective mean to control the transport in this region.

Neste trabalho, foi realizado um estudo experimental detalhado sobre a fase de formação da configuração a campo reverso, no dispositivo denominado T.C.-I da UNICAMP, com a utilização de dignósticos ópticos passivos em plasmas de hélio e hidrogênio. Para cada tipo de gás, os valores do campo de polarização, pré-ionização com temporização do crowbar e pressão de trabalho foram variados para estudar os mecanismos de formação da configuração reversa de campo, através dos diagnósticos da emissão do plasma, complementados com sondas elétricas e magnéticas, externas e internas. Para a obtenção das condições ótimas de operação da máquina, a chave crowbar, construída no próprio Laboratório de Plasma da UNICAMP, demonstrou ser bastante confiável para essa finalidade, pois o tempo entre o final da pré-ionização e o início da descarga principal era um fator importante para uma boa dinâmica de implosão, sem a interferência das oscilações da pré-ionização sobre a fase principal. Nas operações com o plasma de hélio, a melhor pressão de operação do gás foi de 18 mTorr, obtida através das intensidades da linha de HeII (4686 Â), fotodiodos, copo de Faraday e diagnósticos de fluxo excluído. Os valores típicos da densidade e temperatura obtidos foram de 3.2 x 1015cm-3 e 77 eV respectivamente . O raio da separatriz foi de 2.5 cm, durante 1.5us, decaindo rapidamente após a formação da CCR. As medidas espectrais de HeII e OII(4699Â) no plasma de hélio levaram às temperaturas iônicas de 73 a 180 eV, para uma varredura de pressão de 3.8 a 18 mTorr . Em alguns casos, parece provável ter ocorrido efeitos Stark devido a aquecimentos turbulentos atribuídos a campos elétricos microscópicos de 58 kV/cm. Nas operações com hidrogênio , basicamente todos os processos usados para o plasma de hélio foram mantidos. As linhas espectrais analisadas foram Ha, OII, NII, NIII, CIII, CIV e SiIV, tendo sido obtido, a partir das linhas de impurezas, temperaturas iônicas no centro do plasma , mais altas que as do plasma de hélio . Além disso, as temperaturas fornecidas pelas linhas de potencial de ionização mais altos, como o CIII, CIV, SiIV foram maiores que as obtidas com NII ou NIII. Nesta fase, a temperatura e densidades obtidas para a pressão de 3.3 mTorr foram respectivamente 220 eV e 2.9 X1015cm-3. Semelhantemente ao caso do hélio, algumas descargas apresentaram fenômenos prováveis de efeito Stark, tendo sido estimado um campo elétrico microscópico de 21.8 kV/cm . Verificou-se que a influência de sondas magnéticas no interior do plasma é bastante crítica, produzindo uma queda de temperatura de 235 eV para 139 eV na presença da sonda, quando medido com a linha do NIII e de 532 eV para 253 eV quando obtidas com linhas de CIII e SilV. O raio de separatriz estimado para a pressão de operação de 3.3 mTorr foi de 2.2 em com tempo de vida de 3.0 us. Foi ainda observado um novo modo de operação, com a obtenção de modos rotacionais n=4, observados usualmente em pressões de operação mais altas, de 6 a 35 mTorr. / A detailed experimental study of the formation phase in field reversed configuration device T.C.-I at UNICAMP has been carried out for the first time, using passive optical diagnostics on helium and hidrogen gas plasmas. For each type of gas, the values of bias polarization field, pre-ionization with crowbar timing and gas fill pressure have been varied to study field reversed configuration formation mechanism by using plasma emission diagnostics supported by magnetic and electric external and internal multi array probes. For the machine operation condition results, the use of crowbar switch, built at UNICAMP Plasma Laboratory, has shown very reliable operation, where the interval timing between the end of pre-ionization and main discharge phase played important role on good implosion dynamics with no influence of the pre-ionization bank RLC oscillation into the main phase. In the helium plasma operation, the best fill pressure of 18mTorr was obtained using HeII ( 4686Â) spectrum line, photodiode Faraday cup, IMACON, excluded flux diagnostics. The typical density and temperature estimated were 3.2x1015cm-3 e 75 eV respectively. The separatrix radius of 2.5 cm was obtained for 1.5us, decaying soon after the FRC formation. The spectral measurements of HeII, 0II (4699Â) in helium plasma have shown ion temperatures from 73 eV to 180 eV when the pressure is varied from 3.8 to 35 mTorr. In some cases, probable Stark effects due to turbulent heating during implosion also were observed, attributed to 58 kV/cm microscopic electric field. In the hydrogen plasma operation, basically all the process used in helium plasma also were carried out. The spectral line analyzed were Ha\' OII,NII, NIII, eIII, eIV, SiIV, having been obtained temperatures higher than helium plasma in the center of the plasma, using the impurities line. Furthermore, the ion temperatures from higher ionization potential lines (eIII, eIV, SiIV) were higher than temperatures obtained by NII or NIII lines. The average temperature calculated from NII and NIII spectral line was 220 eV and the density for hydrogen plasma was 15 -3 of 2.9 x 10 cm. The influence of internal magnetic probes was very critical, dropping the ion temperature from 235 eV to 139 eV in the presence of probe, when the temperature is calculated through NIII line or from 532 to 253 eV for eIII and SiIV line calculation. Like the helium plasma, in this case also one has been observed a probable Stark effect, attributed to 21.8 kV/cm microscopic electric field. The separatrix radius estimated for fill pressure of 3.3 mTorr was 2.2 cm with the life time of 3.0us interrupted by decaying of external field. We also observed a new plasma mode operation of n=4, usually present at high fill pressure, from 6 mTorr to 35m Torr.

Neste trabalho, foi realizado um estudo experimental detalhado sobre a fase de formação da configuração a campo reverso, no dispositivo denominado T.C.-I da UNICAMP, com a utilização de dignósticos ópticos passivos em plasmas de hélio e hidrogênio. Para cada tipo de gás, os valores do campo de polarização, pré-ionização com temporização do crowbar e pressão de trabalho foram variados para estudar os mecanismos de formação da configuração reversa de campo, através dos diagnósticos da emissão do plasma, complementados com sondas elétricas e magnéticas, externas e internas. Para a obtenção das condições ótimas de operação da máquina, a chave crowbar, construída no próprio Laboratório de Plasma da UNICAMP, demonstrou ser bastante confiável para essa finalidade, pois o tempo entre o final da pré-ionização e o início da descarga principal era um fator importante para uma boa dinâmica de implosão, sem a interferência das oscilações da pré-ionização sobre a fase principal. Nas operações com o plasma de hélio, a melhor pressão de operação do gás foi de 18 mTorr, obtida através das intensidades da linha de HeII (4686 Â), fotodiodos, copo de Faraday e diagnósticos de fluxo excluído. Os valores típicos da densidade e temperatura obtidos foram de 3.2 x 1015cm-3 e 77 eV respectivamente . O raio da separatriz foi de 2.5 cm, durante 1.5us, decaindo rapidamente após a formação da CCR. As medidas espectrais de HeII e OII(4699Â) no plasma de hélio levaram às temperaturas iônicas de 73 a 180 eV, para uma varredura de pressão de 3.8 a 18 mTorr . Em alguns casos, parece provável ter ocorrido efeitos Stark devido a aquecimentos turbulentos atribuídos a campos elétricos microscópicos de 58 kV/cm. Nas operações com hidrogênio , basicamente todos os processos usados para o plasma de hélio foram mantidos. As linhas espectrais analisadas foram Ha, OII, NII, NIII, CIII, CIV e SiIV, tendo sido obtido, a partir das linhas de impurezas, temperaturas iônicas no centro do plasma , mais altas que as do plasma de hélio . Além disso, as temperaturas fornecidas pelas linhas de potencial de ionização mais altos, como o CIII, CIV, SiIV foram maiores que as obtidas com NII ou NIII. Nesta fase, a temperatura e densidades obtidas para a pressão de 3.3 mTorr foram respectivamente 220 eV e 2.9 X1015cm-3. Semelhantemente ao caso do hélio, algumas descargas apresentaram fenômenos prováveis de efeito Stark, tendo sido estimado um campo elétrico microscópico de 21.8 kV/cm . Verificou-se que a influência de sondas magnéticas no interior do plasma é bastante crítica, produzindo uma queda de temperatura de 235 eV para 139 eV na presença da sonda, quando medido com a linha do NIII e de 532 eV para 253 eV quando obtidas com linhas de CIII e SilV. O raio de separatriz estimado para a pressão de operação de 3.3 mTorr foi de 2.2 em com tempo de vida de 3.0 us. Foi ainda observado um novo modo de operação, com a obtenção de modos rotacionais n=4, observados usualmente em pressões de operação mais altas, de 6 a 35 mTorr. / A detailed experimental study of the formation phase in field reversed configuration device T.C.-I at UNICAMP has been carried out for the first time, using passive optical diagnostics on helium and hidrogen gas plasmas. For each type of gas, the values of bias polarization field, pre-ionization with crowbar timing and gas fill pressure have been varied to study field reversed configuration formation mechanism by using plasma emission diagnostics supported by magnetic and electric external and internal multi array probes. For the machine operation condition results, the use of crowbar switch, built at UNICAMP Plasma Laboratory, has shown very reliable operation, where the interval timing between the end of pre-ionization and main discharge phase played important role on good implosion dynamics with no influence of the pre-ionization bank RLC oscillation into the main phase. In the helium plasma operation, the best fill pressure of 18mTorr was obtained using HeII ( 4686Â) spectrum line, photodiode Faraday cup, IMACON, excluded flux diagnostics. The typical density and temperature estimated were 3.2x1015cm-3 e 75 eV respectively. The separatrix radius of 2.5 cm was obtained for 1.5us, decaying soon after the FRC formation. The spectral measurements of HeII, 0II (4699Â) in helium plasma have shown ion temperatures from 73 eV to 180 eV when the pressure is varied from 3.8 to 35 mTorr. In some cases, probable Stark effects due to turbulent heating during implosion also were observed, attributed to 58 kV/cm microscopic electric field. In the hydrogen plasma operation, basically all the process used in helium plasma also were carried out. The spectral line analyzed were Ha\' OII,NII, NIII, eIII, eIV, SiIV, having been obtained temperatures higher than helium plasma in the center of the plasma, using the impurities line. Furthermore, the ion temperatures from higher ionization potential lines (eIII, eIV, SiIV) were higher than temperatures obtained by NII or NIII lines. The average temperature calculated from NII and NIII spectral line was 220 eV and the density for hydrogen plasma was 15 -3 of 2.9 x 10 cm. The influence of internal magnetic probes was very critical, dropping the ion temperature from 235 eV to 139 eV in the presence of probe, when the temperature is calculated through NIII line or from 532 to 253 eV for eIII and SiIV line calculation. Like the helium plasma, in this case also one has been observed a probable Stark effect, attributed to 21.8 kV/cm microscopic electric field. The separatrix radius estimated for fill pressure of 3.3 mTorr was 2.2 cm with the life time of 3.0us interrupted by decaying of external field. We also observed a new plasma mode operation of n=4, usually present at high fill pressure, from 6 mTorr to 35m Torr.

High pressure on the development of new magnetic materials and their miniaturization also emphasizes the development of new analytical techniques. This diploma thesis deals with the development and demonstration of correlated magnetic force and electron microscopy, which is a promising tool for the characterization of magnetic nanomaterials. The first part of this thesis describes the fundamental physics of micromagnetism with a focus on cylindrical nanofibers. The following pages describe optic, probe, electron, and synchrotron methods for mapping the magnetic properties of materials. The next part describes magnetic domain wall motion in cylindrical nanowires performed as a part of a more extensive material study. The last part of the thesis describes the development of correlated magnetic force and electron microscopy on LiteScope device. A production of magnetic probes was designed and successfully tested. Probes were fabricated by focused electron beam-induced deposition from the Co2(CO)8 precursor. Further, the developed correlated microscopy is demonstrated on a multilayer PtCo sample, magnetic cylindrical nanofibers, NiFe vortex structures, and FeRh metamagnetic nano-islands.