Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Em geral, o efeito magnetocalórico (EMC) é caracterizado pela variação adiabática da temperatura (ΔTad) e a variação isotérmica da entropia (ΔST) sob variações do campo magnético. Devido as aplicações tecnológicas do EMC na refrigeração magnética, que não apresentam efeitos perigosos para o meio ambiente e tem o potencial para reduzir o consumo de energia, os estudos sobre o EMC tem crescido ao longo dos anos . Neste trabalho, estudamos as propriedades magnéticas e magnetocalóricos da série Gd (1-Y) Pr (Y) Ni2 com Y = 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1 A série dos compostos RNi2 compostos cristalizam na fase de Laves cúbico C15, o que torna o Campo Elétrico Cristalino cúbico um quadro adequado para descrever a anisotropia magnética sobre estes compostos . Além do modelo hamiltoniano inclui contribuições do efeito Zeeman e as interações de troca indireta entre Gd-Gd, Gd-Pr e íons Pr-Pr. Vale a pena notar que o GdNi2 apresenta um arranjo ferromagnético com temperatura de transição de cerca de 78 K e o composto PrNi2 é paramagnético. Os potenciais magnetocalóricos foram calculados e comparados com os dados experimentais. Além disso, investigamos a influência da direção do campo magnético sobre as quantidades magnéticas e no EMC investigada. / In general, the magnetocaloric effect (MCE) is characterized by the adiabatic temperature change, (ΔTad) , and the isothermal entropy change, (ΔST) , under changes of the magnetic field intensity. Due to technological applications of the MCE on magnetic refrigeration, which do not present hazardous effects to the environmental and has the potential to lower energy consumption, the interest on the MCE had grown over the years . In this work, we have studied the magnetic and magnetocaloric properties in the series Gd(1-Y)Pr(Y)Ni2 with Y = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1. The RNi2 (R = Rare-earth) compounds crystallize in the cubic laves phase, which makes the cubic CEF an appropriate framework to describe the magnetism on these compounds . Besides CEF, the model Hamiltonian includes contributions of the Zeeman effect, and the indirect exchange interactions among Gd-Gd, Gd-Pr and Pr-Pr ions. It is worth noticing that the GdNi2 presents a ferromagnetic arrangement with transition temperature around 78 K and the PrNi2 compound is paramagnetic. The temperature dependences of the magnetocaloric potentials were simulated and compared with the experimental data. Furthermore, the influence of the magnetic field direction on the magnetocaloric quantities was theoretically investigated.

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

Orientadores: Sergio Gama, Ekkes Bruck / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T04:26:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caron_Luana_D.pdf: 3120809 bytes, checksum: 0f270249e6bc452525873f2d4479ba9d (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nesta tese de doutoramento são apresentados os resultados do estudo das propriedades magnéticas, magnetocalóricas e estruturais de algumas séries de compostos que são de interesse para aplicação em refrigeração magnética baseada no efeito magnetocalórico. Os métodos de preparação da série MnFe P1-xAsx são estudados de forma a otimizar o tempo de preparação e as propriedades magnétocalóricas. Uma nova série de compostos baseada na anterior, a MnFeGe1-xSix foi descoberta, apresentando transições de fase magnética de segunda ordem e uma variação linear dos parâmetros de rede em função da concentração de Si no intervalo 0 £ x £ 0,7. Também foi descoberto, associado à uma transição magnética de segunda ordem, o efeito magnetocalórico no composto MnFeSn cujo TC situa-se em torno da temperatura ambiente. Foi feito o estudo do efeito magnetocalórico dos compostos baseados no Mn2Sb com o Mn parcialmente substituído por Cr, V, Co e Cu e o Sb substituído por Ge. Nestes compostos uma transição do tipo Exchange Inversion é induzida pelas substituições, transformando o estado ferrimagnético em antiferromagnético em baixa temperatura, dando origem ao chamado efeito magnetocalórico inverso. Ainda foi desenvolvido um modelo fenomenológico para descrever tal transição e o efeito magnetocalórico associado. Por fim é reportado o efeito magnetocalórico colossal nos compostos M n1-xCux As, devido ao qual os métodos de medida magnéticos do efeito magnetocalórico são revistos. A partir dos resultados em diferentes procedimentos de medida, é proposta uma forma de medir o efeito em materiais altamente histeréticos que não leva a resultados espúrios / Abstract: On this PhD thesis some results on the magnetic, magnetocaloric and structural properties of some series of compounds suitable for applications on magnetocaloric effect-based refrigeration are presented. The FeMnP1-xAsx series preparation methods are studied in order to optimize their magnetocaloric properties as well as to shorten its preparation time. A new series of compounds based on the previous one was studied, the MnFeGe1-xSix. These compounds present a second-order magnetic phase transition and a linear change in lattice parameters with Si content on the 0 £ x £ 0.7 range. Also associated with a second-order phase transition, the magnetocaloric effect on FeMnSn was discovered around room-temperature. A careful study of Mn2Sb-based compounds with Mn partially substituted by Cr, V, Co and Cu and Sb by Ge was performed. On these compounds an Exchange Inversion transition is induced by substitutions taking the material from the ferrimagnetic to the antiferromagnetic state with decreasing temperature, giving rise to the so-called inverse magnetocaloric effect. A phenomenological theoretical model was also developed to describe such transitions and their associated magnetocaloric effect. Finally we report on the colossal magnetocaloric effect on Cu-substituted MnAs compounds. Due to this compound¿s unusual behavior, the magnetic measurements of the magnetocaloric effect are reviewed. Based on the results of different measurement procedures a new method of measurement for highly hysteretic compounds is proposed which leads to non spurious results / Doutorado / Materiais Magneticos e Propriedades Magneticas / Doutor em Ciências

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This study describes two families of transition metal oxides (OMT). Because of its potential and diversity of physical properties, the OMT are promising candidates for technological applications. In contrast, physically understand the complex relationship of these properties has been the main challenge of the research in this area. One of the families that was studied in this work are composed of Ruddlesden Popper type (RP), nickel base, of formula Lan+1NinO3n+1. The RP oxides have become more popular in the decade of 80, when it was discovered that a compound of this family, the La2CuO4− can become superconductive when appropriately doped. Another important property associated with the RP oxides is the colossal magnetoresistance, observed in the manganese-based compounds, such as Ca3−xLaxMn2O7. Another family of OMT studied in this work are the compounds garnets type of formula R3Fe5O12 (Where R is rare earth element or Y). This family is known to be rich in physical properties, especially magnetic, The magnetism of these compounds is associated mainly with the ferrimagnetic interaction between ions of Fe3+ in octahedral and tetrahedral coordination. The magnetic moment resulting from interactions of the Fe3+ can orient yourself antiferromagnetic with the network ion R, if it is a rare earth magnetic. A property that has been strongly investigated in compounds garnets is the magnetocaloric effect (EMC). This effect, which tracks the magnetic transitions, is more relevant and meaningful in compounds that are promising candidates for use in magnetic refrigeration. To investigate some of the physical properties of these systems were synthesized compounds (Dy, Y)3Fe3Al2O12 and Lan+1(Ni1−xZnx)nO3n+1 (n = 1, 2, 3 e 0 ≤ x ≤ 0.5). To synthesize the samples used two methods, combustion reaction (RC) and coprecipitation (CP). Both methods have proven effective for obtaining samples with the desired phase. The technique of X-ray diffraction, together with the Rieteveld refinement method was used to extract crystallographic information of the synthesized compounds. Morphological information of samples, such as size, shape and distribution of particles were investigated by the technique of scanning electron microscopy. The micrographs show that regardless of the synthesis method, the particle shape is not well defined and the size distribution is inhomogeneous. Some samples of garnets type, synthesized by CP, have particle size in the nanoscale. Some compounds were characterized by electrical resistivity measurements as a function of temperature, where it was found that the series La2Ni1−xZnxO4 it has semiconducting properties in the temperature range from 10 KM to 300 K. The magnetic properties were investigated by magnetization measurements as a function of temperature and magnetic field, where it was found that the magnetism of both systems is affected by the inclusion of non-magnetic ions. EMC was investigated in two samples of garnets type, the data were obtained from the magnetization as a function of temperature and it was found that the aluminum insert in the structure, replacing the iron, decreased temperature magnetic transition, but also reduced the intensity EMC. / Neste trabalho estudamos duas fam´ılias de ´oxidos de metais de transi¸c˜ao (OMT). Devido ao seu potencial e diversidade de propriedades f´ısicas, os OMT s˜ao promissores candidatos a aplica¸c˜oes tecnol´ogicas. Em contrapartida, compreender fisicamente a complexa rela¸c˜ao destas propriedades tem sido o principal desafio das pesquisas desta ´area.Uma das fam´ılias que estudamos neste trabalho s˜ao compostos do tipo Ruddlesden Popper (RP) a base de n´ıquel, com f´ormula Lan+1NinO3n+1. Os ´oxidos RP tornaram-se mais conhecidos na d´ecada de 80, quando foi descoberto que um composto desta fam´ılia, o La2CuO4− , pode se tornar supercondutor quando apropriadamente dopado. Outra importante propriedade associada com os ´oxidos RP ´e a magnetorresistˆencia colossal, observada em compostos a base de manganˆes, a exemplo do Ca3−xLaxMn2O7. Outra fam´ılia de OMT estudada neste trabalho s˜ao compostos tipo garnets de f´ormula R3Fe5O12 (onde R ´e um elemento terra rara ou Y). Essa fam´ılia ´e conhecida por sua riqueza de propriedades f´ısicas, especialmente magn´eticas. O magnetismo destes compostos est´a associado, principalmente, com a intera¸c˜ao ferrimagn´etica entre os ´ıons de Fe3+ em coordena ¸c˜ao octa´edrica e tetra´edrica. O momento magn´etico resultante das intera¸c˜oes do Fe3+ pode se orientar antiferromagneticamente com a rede do ´ıon R, se ele for um terra rara magn´etico. Uma propriedade que vem sendo investigada nos compostos garnets ´e o efeito magnetocal´orico (EMC). Este efeito, que acompanha as transi¸c˜oes magn´eticas, ´e mais relevante e significativo em compostos que s˜ao promissores candidatos a aplica¸c˜ao em refrigera¸c˜ao magn´etica. Para investigar algumas das propriedades f´ısicas destes sistemas, foram sintetizados compostos (Dy, Y)3Fe3Al2O12 e Lan+1(Ni1−xZnx)nO3n+1 (n = 1, 2, 3 e 0 ≤ x ≤ 0.5). Para a s´ıntese das amostras foram utilizados dois m´etodos, rea¸c˜ao de combust˜ao (RC) e coprecipita¸c˜ao (CP). A t´ecnica de difra¸c˜ao de raios X, aliada ao m´etodo de refinamento Rieteveld, foi utilizada para extrair informa¸c˜oes cristalogr´aficas dos compostos sintetizados. Informa¸c˜oes sobre morfologia das amostras, como tamanho, forma e distribui¸c˜ao das part´ıculas, foram investigadas pela t´ecnica de microscopia eletrˆonica de varredura. As micrografias revelam que independentemente do m´etodo de s´ıntese a forma das part´ıculas n˜ao ´e bem definida e a distribui¸c˜ao de tamanhos n˜ao ´e homogˆenea. Algumas amostras do tipo garnets, sintetizadas por CP, tˆem part´ıculas de tamanho na escala nanom´etrica. Alguns compostos foram caracterizados por medidas de resistividade el´etrica em fun¸c˜ao da temperatura, em que se verificou que a s´erie La2Ni1−xZnxO4 tem propriedades semicondutoras no intervalo t´ermico de 10 K a 300 K. As propriedades magn´eticas foram investigadas por medidas de magnetiza¸c˜ao em fun¸c˜ao da temperatura e do campo magn´etico, em que se verificou que o magnetismo de ambos os sistemas ´e afetado pela inser¸c˜ao dos ´ıons n˜ao magn´eticos. O EMC foi investigado em duas amostras do tipo garnets, os dados foram obtidos das medidas de magnetiza¸c˜ao em fun¸c˜ao da temperatura e se verificou que a inser¸c˜ao do alum´ınio na estrutura, em substitui¸c˜ao ao ferro, causou uma diminui¸c˜ao na temperatura de transi¸c˜ao magn´etica, por´em tamb´em reduziu a intensidade do EMC.

Orientador: Flavio Cesar Guimarães Gandra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T03:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LuzeliMoreirada_D.pdf: 8212807 bytes, checksum: 06293f4d46560e7b837f9cc74d44a027 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho apresentaremos os resultados obtidos com o estudo do efeito magnetocalórico em compostos ferromagnéticos UM2 com M=Ga, Ge, Fe e Ni e nos sistemas U(Gal-xMx)2 e (U1-yRy)Ga2 com M=AI, Ge, Si, Fe, Ni, Co e Pt e R=Dy e Er. No estudo dos compostos ferromagnéticos UM2 observamos que a formação do momento local do U é essencial para um aumento na magnitude das grandezas D S e D T , que caracterizam o efeito magnetocalórico (EMC). Usando uma hamiltoniana de campo cristalino e aproximação de campo médio calculamos as propriedades magnéticas e o EMC do composto UGa2 obtendo boa concordância com os dados experimentais. As simulações mostraram que o campo cristalino tem uma importância fundamental nas propriedades magnéticas do material. No estudo das propriedades estruturais, magnéticas e térmicas do sistema U(Gal-xMx)2 observamos que a inserção de M=A1 induz uma expansão no volume da célula unitária, reforçando o caráter de momento local, o que contribui para o aumento significativo do EMC. Já efeitos de pressão química ou mecânica aumentam a temperatura de ordenamento ferromagnético (Tc) ao mesmo tempo em que contribuem para reduzir o momento do U, desfavorecendo o EMC.Por outro lado, as propriedades eletrônicas do material dopante, como no caso dos 3d (Ni, Fe e Co ), podem interferir na interação de troca entre íons magnéticos, enfraquecendo o campo interno. A comparação direta entre os valores absolutos do EMC do U com os valores obtidos para Dy, Ho e Er no estudo do sistema RPtGa também confirma o fato de que a magnitude do efeito magnetocalórico depende fortemente do momento do íon magnético. Além disto, a exemplo do que foi observado com UNiGa, a natureza das transições magnéticas também são parâmetros, importantes e contribuem positivamente para o EMC. No sistema (U1-yRy)Ga2 observamos uma grande redução em Tc (mesmo em altas concentrações de U, y £ 0,2) e mudanças nas características do ordenamento magnético que, possivelmente, são consequencias de efeitos de diluição. A competição entre interações U-U, R-R e possíveis interações U-R induzem a formação do estado de vidro de spin em U0,2Dy0,8Ga2. A inserção de altas concentrações de Dy e Er (y ³ 0,5) aumentam o momento magnético da amostra em 70kOe e contribuem para um aumento do EMC em baixas temperaturas (T<30K). Já concentrações menores (y ~ 0,2) mostram um pico alargado em D S, similar ao obtido em compósitos / Abstract: In this work we study the magnetocaloric effect in UM2 (M=Ga, Ge, Fe, Ni), U(Gal-xMx)2 and (Ul-yRy)Ga2 (M=AI, Ge, Si, Fe, Ni, Co, Pt and R=Dy, Er) which are ferromagnetic systems. The formation of the local moment in the UM2 ferromagnetic compound is important to obtain larger values for D S and D T. We calculated the magnetic properties and the EMC for UGa2 compound using crystal field and mean field approximations. The calculated curves show good agreement with the experimental data. Our calculations show that the crystal field is of fundamental importance on the magnetic properties ofthe material. Measurements of the structural, magnetic and thermal properties of U(Gal-xMx)2 shows that the introduction of a reduced quantity of AI induce a small expansion of the unit cell volume and contributes to the increase of the U local moment and to an enhance the EMC, whereas chemical or mechanical pressures increase Tc and reduce the U moment, weakening the EMC. On the other hand, the electronic properties of the dopant material, such as 3d ions (Ni, Fe and Co ), can interfere in the exchange interaction between the magnetic ions attenuating the intemal field. The values of EMC obtained for RPtGa (R= Dy, Ho, Er and U) compounds also confirm the fact that the magnitude of magnetocaloric effect ( DS and D T values) is related with the magnitude of magnetic moment of ion. Also, as observed in UNiGa, the character of magnetic transitions is an important parameter and contributes positively to the EMC. The results for the (Ul-yRy)Ga2 series shows a faster decrease of Tc (even at the U saide, y £ 0,2) with changes on the magnetic ordering characteristic. The probable competition between U-U, R-R and U-R interactions induce the spin glass behavior in U0,2Dy0,8Ga2. For high Dy and Er concentrations (y ³ 0,5) the magnetic moment at 70 kOe is increased and contribute to enhance the EMC at low temperatures (T <30K). The results obtained for the substitution of small quantities of Dy and Er (y ~0,2) showa large D S peak, similar to a composite sample / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Sergio Gama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T01:21:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocco_DanielLeandro_D.pdf: 7791593 bytes, checksum: 4428135e865b15fec8e5338713adba04 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: No presente trabalho são apresentados os resultados da avaliação do Efeito Magnetocalórico (EMC) das cerâmicas manganitas e do intermetálico La(Fe,Si)13. Para as manganitas foram produzidas amostras do tipo Tr1-x Mx MnO3(com Tr = terra-rara e M = alcalino-terroso). Em alguns conjuntos de amostras variou-se a quantidade x, ou seja, mudou-se a relação entre o Mn3+ e Mn 4+. Em outro conjunto a quantidade x era fixada em 0,4 e fazia a substituição da terra-rara pelo alcalino-terroso. Isto tinha como efeito a alteração do valor do raio iônico médio do sítio A <rA>. As amostras obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X com refinamento Rietveld, metalografia óptica, e medidas magnéticas. Estas últimas permitiram o cálculo do EMC, que foi avaliado em função de x e de <rA>. Chegou-se a conclusão que à medida que < rA> diminuí há um aumento do acoplamento spin-rede que promove uma mudança do caráter da transição magnética de segunda para primeira ordem, provocando, portanto, um aumento do EMC. O outro material estudado foi o sistema metálico La(Fe,Si)13, cujo método de obtenção é por meio de fusão em forno a arco. Na verdade, é assim que todos os trabalhos da literatura sugerem preparar esta liga. Porém, descobriu-se neste trabalho de doutorado um intervalo de imiscibilidade, ainda não reportado na literatura, que origina-se no sistema binário La-Fe, e se expande para a liga ternária. Este fato tem implicações importantíssimas, pois comprova que apenas pelo processo de fusão da liga não é possível a obtenção deste material de forma monofásica. Então, se propõe uma nova forma de preparação do material que consiste na fusão em forno a arco com uma posterior pulverização das amostras e um tratamento térmico por longos períodos em atmosfera inerte / Abstract: In the present work we show the results of the Magnetocaloric effect evaluation for ceramics manganites and for La(Fe,Si)13 intermetallic. The manganites sample produced were of Tr1-x Mx Mn O3 (Tr = rare-earth and M = alkaline earth) type. In one sample group it was changed the quantity x, or equivalently, the relation between the Mn3+ and Mn4+. On the other sample set, the x amount was fixed in 0.4 and the replacement was from the rare-earth to alkaline earth. This had as effect the variation of the value of the average ionic radius (<rA>) of site A. The samples that obtained were characterised by x-Rays diffraction with Rietveld analyses, optic metallographic and magnetic measurements. The latter made possible the calculation of the MCE, which was evaluated as a function of x and < rA>. We conclude that as soon as <rA> diminishes there is an increase of the spin-lattice coupling that promotes a change in the magnetic transition order, causing, than, an increase of MCE. The second material studied was the metallic system La(Fe,Si )13, which preparation method is by arc-melting. In fact, in other works this material was obtained using this technic, but it was discovered in this Ph. D. work an immiscibility interval, until now not reported. This miscibility gap has its origin in the binary La-Fe phase diagram, and it extends for ternary alloy. This fact has an important implication, because it shows that with only the fusion process of the alloy it is impossible to obtain a single phase material. So, we propose a new way for material preparation that consists in the arc-melting with followed by sample milling and heat-treatment for a long time in an inert atmosphere / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Antonio Manoel Mansanares. / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:29:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_AndreOliveira_D.pdf: 2906238 bytes, checksum: a8ad8b4fc0c3d5bbca6671977306a943 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidas montagens experimentais baseadas na detecção foto acústica para o estudo de materiais magnetocalóricos, que têm despertado um grande interesse na comunidade científica em virtude de suas possíveis aplicações em sistemas de refrigeração. Utilizando o método de dois feixes, para a configuração fotoacústica ar-amostra-ar, foi possível determinar para a difusividade térmica do Gd, em temperatura ambiente, o valor de (4,5 ± 0,2).10-6 m2/s, por meio da amplitude e da fase do sinal fotoacústico normalizado. Medidas da fase do sinal em varreduras de temperatura permitiram a determinação da difusividade térmica em torno da transição magnética (TC), de forma confiáavel e reprodutiva,a com erros menores que 5%. Com base em princípios envolvidos na fotoacústica, foi desenvolvido um método para medidas do efeito magnetocalórico (EMC). O aquecimento gerado nos materiais em questão pela aplicação de um campo magnético alternado (AC), via efeito magnetocalórico, dá origem a ondas de pressão num gás, que são detectadas por um microfone. Discutiu-se sobre os procedimentos de calibracão envolvidos e a metodologia utilizada para a determinação do efeito. Foram realizadas medidas com amostras de Gd e compostos da família Gd5(Ge1-xSix)4, em pó e em pastilhas. Para um campo aplicado de 20 kOe, os valores máximos do EMC vão de 3 K, para o Gd, a 4,5 K, para os compostos ricos em Si, e se referem a transições magnéticas de segunda ordem. Para amostras com x = 0,5, os valores máximos do EMC estão em torno de 1,7 K, referentes a transições magneto-estruturais de primeira ordem. Para alguns destes compostos e possível observar os dois tipos de transição. Os resultados indicam que a técnica se mostra eficiente, não só para as medidas do efeito em si, mas também para a identificação de fases indesejadas, decorrentes do processo de preparação das amostras. Os erros nas medidas do EMC estão em torno de 15 - 20%, comparáveis aos dos métodos convencionais / Abstract: In this work the photoacoustic technique was used to develop experimental setups to investigate magnetocaloric materials, which have been of great interest due to their applications in refrigeration systems. The value (4,5 ± 0,2).10-6 m2/s was determined, at room temperature, as the thermal di usivity of the Gd, based on the two-beam photoacoustic method, by means of both amplitude and phase of the normalized signal. The thermal diffusivity at temperatures around the magnetic transition (TC) was obtained from the photoacoustic signal phase, in temperature scans, in a reproductible and accurate way, with errors below 5%. A method for measuring the magnetocaloric e ect (MCE), based on the acoustic detection, was developed. The temperature oscillations on such materials, due to the application of an alternating magnetic field, produce acoustic waves which can be detected by a microphone. The details concerning the calibration procedure and the proposed methodology to determine the MCE were discussed, and measurements on Gd and Gd 5(Ge1-xSix)4 compouds were performed in powder and pellet samples. For a 20 kOe applied field, the maximum MCE values, related to magnetic second order transitions, are between 3 K, for the Gd, and 4,5 K, for Si - rich compounds. For the samples with x = 0,5, the maximum MCE values are around 1,7 K, related to magneto-structural first order transitions. It is also possible, for some samples, to observe both first and second order transitions. The obtained results point out this acoustic type detection as an effcient technique to measure the magnetocaloric effect, as well as to detect spurious phases present in some of these compounds. The errors in the MCE measurements are about 15-20%, compared to conventional methods / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientadores: Adelino de Aguiar Coelho, Lisandro Pavie Cardoso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T22:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tedesco_JulioCesarGuimaraes_D.pdf: 2714279 bytes, checksum: fa378b69872d0cd459b74a0b4da48885 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho propomos o estudo de algumas propriedades magnéticas e do efeito magnetocalórico (EMC) de compostos da família TbxPr1-xAl2, onde x = 0,1; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5 e 0,75. É fato conhecido que dois elementos terras-raras se acoplam antiferromagneticamente quando inseridos em uma rede cristalina do tipo (R,R¿)Al2 se um deles é um elemento terra-rara leve o outro pesado. Desta forma, era esperado que as amostras desta série apresentassem um ordenamento ferrimagnético, o que foi confirmado pelos nossos dados. Comparamos nossos resultados com sistemas semelhantes e com eles fomos capazes de entender a origem de algumas características e aspectos físicos dos materiais, incluindo o EMC. Alguns compostos estudados aqui apresentaram o efeito magnetocalórico inverso, que acontece devido à competição entre as duas subredes magnéticas acopladas antiferromagneticamente. Observamos também os comportamentos da temperatura de transição magnética e dos parâmetros de rede em função da concentração de Tb, e verificamos o deslocamento dos picos do EMC associados à temperatura de transição (TC). Algumas propriedades importantes na aplicação destes materiais em refrigeração magnética foram levantadas e comparadas com a literatura. Verificamos que dois membros da série apresentaram o efeito de Exchange Bias (EB) e, em analogia com sistemas bicamadas FM-AFM em filmes finos, fomos capazes de entender e explicar este efeito. Acreditamos que o efeito de Exchange Bias está associado à forte anisotropia apresentada pelos compostos Tb0.3Pr0.7Al2 e Tb0.25Pr0.75Al2 que ocorre em temperaturas extremamente baixas e à magnetização dos elétrons polarizados de condução. Identificamos também as temperaturas de compensação (propriedades características deste tipo de sistema) nestes compostos / Abstract: In this work we studied some magnetic properties and the magnetocaloric effect (MCE) of the series of compounds TbxPr1-xAl2, where x = 0.1, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5 and 0.75. It is known from the literature that the moments of a light and a heavy rare earth are antiferromagnetically coupled when they are inserted in a crystal lattice and this was confirmed by our analysis of the experimental data. We compared our results with similar systems and we were able to understand the origin of some features and physical aspects of those materials, including the magnetocaloric effect (MCE). Some compounds show the inverse MCE, associated to the competition between the two magnetic sublattices antiferromagnetically coupled. We also observed the behavior of the magnetic transition temperature (TC) and lattice parameters as a function of the concentration ('x¿), with a corresponding MCE peak shift. Some important properties regarding the application of these materials in magnetic refrigeration are discussed. Two members of the family of compounds show a shifted hysteresis curve which was assigned to the Exchange Bias (EB) effect in analogy with FM-AFM bilayers systems in thin films. We believe that the EB effect is associated with strong unidirectional anisotropy of the magnetic sublattices appeared in Tb0.3Pr0.7Al2 and Tb0.25Pr0.75Al2, which occurs at low temperatures, and with the magnetization of the polarized conduction electrons. We also identified the compensation temperature (characteristic properties of this type of system) in these compounds / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O efeito magnetocalórico, base da refrigeração magnética, é caracterizado por duas quantidades: a variação isotérmica da entropia (&#916;ST) e a variação adiabática da temperatura (&#916;TS); que são obtidas sob variações na intensidade de um campo magnético aplicado. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética, pode&#8208;se definir o efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é calculado sob variações na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade mantém&#8208;se fixa, e é caracterizado por duas quantidades: a variação anisotrópico&#8208;isotérmica da entropia (&#916;San) e a variação anisotrópico&#8208;adiabática da temperatura (&#916;Tan). O efeito magnetocalórico e o efeito magnetocalórico anisotrópico foram estudados nos compostos intermetálicos formados por terras e outros materiais não magnéticos: RNi2, RNi5, RZn e Gd1&#8208;nPrnAl2. Os cálculos foram feitos partindo de hamiltonianos modelo que incluem as interações de troca, Zeeman, de campo cristalino e quadrupolar. / The magnetic refrigeration is based on the magnetocaloric effect. The magnetocaloric potential is characterized by the two thermodynamics quantities: the isothermal entropy change (&#916;Siso) and the adiabatic temperature change (&#916;Tad), which are calculated upon a change in the intensity of the applied magnetic field. In anisotropic magnetic systems it is observed a change in the magnetocaloric effect, since this potential becomes strongly dependent on the direction in which the external magnetic field is applied. The anisotropy in such magnetic systems can lead to an inverse magnetocaloric effect, as well as to the definition of an anisotropic magnetocaloric effect, that by definition is calculated upon a magnetic field which intensity is kept fixed and which orientation is changed from a hard direction of magnetization to the easy direction of magnetization. This anisotropic magnetocaloric effect was performed for the RAl2 intermetallic compounds considering a microscopic model Hamiltonian that includes the Zeeman interaction, the exchange interaction (taken in the mean field approximation) and the crystalline electrical field, that is responsible for the anisotropy in the RAl2 compounds. The anisotropic magnetocaloric was fully investigated for the serie RAl2 and compared with the usual magnetocaloric effect and several curves of (&#916;Siso) and (&#916;Tad) were obtained.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / SOUSA, Vinícius da Silva Ramos de. O efeito magnetocalórico anisotrópico nos compostos RAl2 (R = Dy, Er, Ho, Nd e Tb). 2008. 99f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008. O efeito magnetocalórico é a base da refrigeração magnética. O potencial magnetocalórico é caracterizado por duas quantidades termodinâmicas: a variação isotérmica da entropia (&#916;Siso) e a variação adiabática da temperatura (&#916;Tad), as quais são calculadas sob uma variação na intensidade do campo magnético aplicado ao sistema. Em sistemas magnéticos que apresentam uma anisotropia magnética é observada uma mudança no efeito magnetocalórico, isto porque este potencial torna-se fortemente dependente da direção de aplicação do campo magnético. A anisotropia em sistemas magnéticos pode levar a um efeito magnetocalórico inverso, assim como à definição de um efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual por definição é calculado para um campo cuja intensidade é mantida constante e cuja orientação variamos de uma direção difícil de magnetização para a direção fácil de magnetização. O efeito magnetocalórico anisotrópico foi estudado para os compostos intermetálicos de terras raras do tipo RAl2 considerando-se um modelo microscópico que leva em conta as interações de troca (na aproximação de campo médio), de Zeeman e a interação de campo elétrico cristalino, que é a responsável pela anisotropia nos compostos RAl2. O efeito magnetocalórico anisotrópico foi investigado para a série RAl2 e comparado com o efeito magnetocalórico usual. / The magnetic refrigeration is based on the magnetocaloric effect. The magnetocaloric potential is characterized by the two thermodynamics quantities: the isothermal entropy change (&#916;Siso) and the adiabatic temperature change (&#916;Tad), which are calculated upon a change in the intensity of the applied magnetic field. In anisotropic magnetic systems it is observed a change in the magnetocaloric effect, since this potential becomes strongly dependent on the direction in which the external magnetic field is applied. The anisotropy in such magnetic systems can lead to an inverse magnetocaloric effect, as well as to the definition of an anisotropic magnetocaloric effect, that by definition is calculated upon a magnetic field which intensity is kept fixed and which orientation is changed from a hard direction of magnetization to the easy direction of magnetization. This anisotropic magnetocaloric effect was performed for the RAl2 intermetallic compounds considering a microscopic model Hamiltonian that includes the Zeeman interaction, the exchange interaction (taken in the mean field approximation) and the crystalline electrical field, that is responsible for the anisotropy in the RAl2 compounds. The anisotropic magnetocaloric was fully investigated for the serie RAl2 and compared with the usual magnetocaloric effect and several curves of (&#916;Siso) and (&#916;Tad) were obtained.