This thesis is mainly devoted to the study of the magnetic and magnetocaloric properties of ferromagnetic systems in the context of the pair approximation model. This model considers an exact interaction (Oguchi approximation) of the main ion with the nearest-neighbor and additionally (in some cases) with the next-nearest-neighbor. For the analysis, the Ising (= 1) and Heisenberg ( = 0) models were considered, taking into account two cases, namely, the cubic lattice with common magnetic moment (Si = Sj sublattices) and the cubic lattice with mixed spin (Si 6= Sj). Initially we consider spinonly dependent ferromagnetic system, in which the nearest-neighbor hamiltonian has the Zeeman, bilinear (J1) and biquadratic (J01 ) exchange terms, with and without bilinear exchange anisotropy, = 1 and 0, respectively. The magnetization (ghSz i i) and critical temperature (TC) were investigated through their dependence with the biquadratic exchange parameter (J01 ). It was veri ed, especially in the negative regions of this parameter J01 < 0 < J1, changes on the ground state of the spin con guration, being more visible in the Heisenberg model. The consideration of a next-nearest-neighbor hamiltonian, improves the accuracy in the determination of the spin-lattice correlation, especially in the magnetic phase transition region. In addition, we considered a mixed spin system (Si = 9/2 and Sj = 7/2) with a hamiltonian composed of the Zeeman, bilinear exchange (J1) and uniaxial anisotropy (D) terms. With D favoring the z-axis direction of the spin at site i, the major contributions to ghSz i i of this type of anisotropy are found in the Ising model. Also, the pair model was applied to the RAl2 series (R = Gd, Tb and Tm), considering the cubic crystalline eld, in order to calculate its magnetic and magnetocaloric properties. In each of the cases, from the equation of state, we obtained the low temperature isotherm (T0) and determined the area under the curve in the Hi H Hf eld range. We also determined the area described by the magnetic entropy change (in the same eld range) for T T0. The equality of the mentioned areas validates the area sum-rule of the magnetocaloric e ect. In particular, for T0 = 0, quantum transitions are revealed as magnetic plateaus interrupted by discontinuities in magnetization at critical elds. In this case, from the comparison with the entropy-change curves, the area sum-rule is also validated. Finally, the magnetic contribution to the electrical resistivity was determined and the expected similarity with the magnetic entropy variation was con rmed. / Esta tese é dedicada principalmente ao estudo de propriedades magnéticas e magnetocalóricas de sistemas ferromagnéticos no contexto da aproximação de pares, considerando uma interação exata (método de aproximação de Oguchi) do íon principal com o vizinho mais próximo e adicionalmente (em alguns casos) com o segundo vizinho mais próximo. Para as análises foram considerados os hamiltonianos de Ising ( = 1) e Heisenberg ( = 0), levando em consideração dois casos: rede cúbica com sítios magnéticos de momento magnético comum (sub-redes Si = Sj) e rede cúbica com spins mistos (sub-redes Si 6= Sj). Inicialmente consideramos um sistema ferromagnético somente de spin em que o hamiltoniano (de vizinho mais próximo) apresenta os termos Zeeman, troca bilinear (J1) e biquadrática (J01 ), com e sem termo de anisotropia de troca bilinear (= 1 e 0, respectivamente). A magnetização (ghSz i i) e a temperatura crítica (TC) foram investigadas através da sua dependência com o parâmetro de troca biquadrático (J01 ) e verificou-se que, especialmente em regiões negativas de J01 < 0 < J1, são apresentadas modi cações na con- guração de spin no estado fundamental, sendo mais visíveis no modelo de Heisenberg. A consideração de um hamiltoniano de primeiro e segundo vizinhos mais próximos, melhora a precisão na determinação da correlação entre os spins da rede, sobretudo na região de transição de fase magnética. Por outro lado, consideramos um sistema com interação entre spins mistos (Si =9/2 e Sj=7/2) com um hamiltoniano composto dos termos Zeeman, troca (bilinear (J1)) e anisotropia uniaxial (D). Com D favorecendo a direção do eixo-z do spin no sitio i, as maiores contribuições para ghSz i i deste tipo de anisotropia encontram-se no modelo de Ising. Por m, o modelo de pares foi aplicado para a série RAl2 (R= Gd, Tb e Tm) considerando o campo cristalino cúbico a m de calcular suas propriedades magnéticas e magnetocalóricas. Em cada um dos casos descritos, da equação de estado, obtivemos a isoterma de baixa temperatura (T0) e determinamos a área envolvida pela mesma na faixa de campos Hi H Hf . Determinamos também a área descrita pela variação de entropia magnética (na mesma faixa de campos) para T T0. A igualdade das áreas mencionadas valida a regra das áreas do efeito magnetocalórico. Em particular, para T0=0, transições quânticas se revelam como platôs magnéticos interrompidos por descontinuidades na magnetização nos campos críticos. Do confronto com as curvas de variação de entropia, a regra das áreas também é validada. Adicionalmente foi determinada a contribuição magnética à resistividade elétrica e comprovada sua semelhança com a variação de entropia magnética. / São Cristóvão, SE

Orientador: Edson Correa da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T10:58:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pires_ManoelJoseMendes_D.pdf: 2259890 bytes, checksum: 89a439052421ef20ca8be3fe8a8228b8 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Estudamos materiais magnéticos heterogêneos por meio de várias técnicas experimentais mas tendo como técnica principal a ressonância magnética eletrônica (RME), tanto no regime ferromagnético quanto no paramagnético. Dois grupos de materiais foram investigados: compostos de Gd5(SixGe1-x)4 e filmes finos granulares de cobalto embebido em matrizes metálicas (cobre) e semicondutoras (dióxido de silício). Ambos são materiais de grande interesse tecnológico, sobretudo para aplicações em refrigeração magnética no primeiro caso e em dispositivos para gravação e leitura magnética no último. Medidas de RME em função da temperatura foram utilizadas para a caracterização de fases coexistentes em compostos de Gd5(S ixGe1-x)4 permitindo uma discriminação de seus comportamentos magnéticos individuais mais clara do que pode ser obtido por técnicas de magnetometria. É apresentado um estudo detalhado do fator de separação espectroscópica no regime paramagnético que permite a determinação do parâmetro de troca entre os spins localizados e os elétrons de condução. E todos esses resultados são empregados para a análise do complexo comportamento magnético de toda essa família de compostos. Medidas de ressonância ferromagnética em função da orientação do campo magnético aplicado e em função da temperatura foram empregadas para a determinação das anisotropias magnéticas efetivas de filmes finos de Co10C u90 e de Co-SiO2de várias composições. Para estes últimos empregamos um modelo que considera explicitamente a anisotropia de forma dos aglomerados de Co e que prevê, a partir disto, um termo de anisotropia perpendicular adicional ao que advém da forma da amostra. A análise das linhas de ressonância permitiu ainda uma discussão a respeito das interações magnéticas entre os aglomerados e de como distintos conjuntos de partículas magnéticas contribuem para o comportamento magnético global das amostras / Abstract: We have studied heterogeneous materials by means of several experimental techniques but adopting electron spin resonance (ESR) as the main one, both in the paramagnetic and ferromagnetic regimes. Two sets of materials were investigated: Gd5(SixGe1-x)4 compounds and granular thin films of Co embedded into metallic (Cu) and semiconductor (SiO2) matrixes. There is a great interest on the technological applications of these materials, especially for magnetic refrigeration concerning the former and for magnetic recording and reading devices concerning the last set. ESR measurements as a function of temperature were used for a characterisation of the coexisting phases on Gd5(S ixGe1-x)4 compounds, which allowed a more clear discrimination of their individual behaviours than what can be obtained by magnetometry techniques. It is presented a detailed study of the spectroscopic splitting factor in the paramagnetic regime that allows a determination of the localised spin¿conduction electron exchange parameter. All these results are employed for a analysis of the complex magnetic behaviour of this family of compounds. Ferromagnetic resonance measurements as a function of the orientation of the applied magnetic field and also as a function of temperature have been employed for the determination of the effective magnetic anisotropies of Co10Cu90 and Co-SiO2 thin films of several compositions. For these last films we employed a model considering explicitly the shape anisotropy of the Co clusters, which leads to a perpendicular anisotropy term additional to the one coming from the sample shape. Furthermore, the analysis of the resonance lines allowed a discussion about the magnetic interactions between the clusters and also about the manner as different sets of magnetic particles contribute to the whole magnetic behaviour of the samples / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Flávio César Guimarães Gandra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:06:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_JoseCarlosBotelho_M.pdf: 5466679 bytes, checksum: 3148a9c0487d05fa44922d063e525114 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho apresentamos os resultados das medidas de magnetização e calorimetria em policristais da série RZn (R= Tb, Gd, Er e Ho). Através da análise das curvas de magnetização em função da temperatura, obtidas em campos de até 5 T, avaliamos e obtemos o efeito magnetocalórico (EMC) para os compostos da série, expresso através da variação isotérmica da entropia. O composto GdZn é o mais simples da série sendo o único que não apresenta efeitos inerentes à anisotropia magnética. Pelas medidas de magnetização observamos uma transição de ordenamento magnético em 260 K. Para este composto utilizamos um hamiltoniano simples, considerando apenas as contribuições devido à interação de troca e ao efeito Zeeman para simular curvas de calor específico e magnetização. Com os dados obtidos observamos uma variação de entropia máxima de 3,49 mJ/gK para um campo de 5 T em torno de Tc. O ErZn apresenta transição ferromagnética em 18 K e uma queda na magnetização em temperaturas abaixo de Tc, que é resultado de uma transição de reorientação de spin (TRS) induzida por campo. Essa transição é um efeito da anisotropia do sistema e é observada apenas em curvas obtidas em baixos campos magnéticos. Para simular as curvas de magnetização do ErZn e dos demais compostos da série adicionamos ao hamiltoniano utilizado a contribuição devido ao campo cristalino. Ao avaliarmos o EMC do ErZn vemos que existe uma pequena anomalia, resultado da TRS, em torno de 11K para variações em até 2 T de campo. Em campos maiores a anomalia desaparece e obtemos um ?S de até 14,83 mJ/gK em campos de 5 T. Os compostos TbZn e HoZn apresentam transições ferromagnéticas em 195 e 66 K, respectivamente, e ambos apresentam transições de reorientação de spin em temperaturas abaixo de Tc. Diferentemente do ErZn, porém, nesses compostos as TRS não são induzidas por campo, sendo resultado apenas da anisotropia do sistema, mostrando efeitos muito mais pronunciados nas curvas de magnetização e calor específico. Ao calcularmos o EMC desses compostos, observamos dois picos pronunciados relativos à mudança da entropia no material, um devido ao ordenamento magnético em Tc e outro devido à reorientação de spin no material. Essa característica faz com que o EMC nesses compostos tenha uma área de atuação muito maior do que em materiais que só apresentam um ?Smax em Tc, tornando materiais desse tipo fortes candidatos à refrigeração magnética / Abstract: This work presents the results of calorimetric and magnetization measurements on polycrystalline RZn series (R = Tb, Gd, Er and Ho). By analyzing the curves of magnetization as a function of temperature, obtained under fields up to 5 T (6 T for TbZn), we obtain and evaluate the magnetocaloric effect (MCE) for compounds of the series, expressed by the isothermal entropy change. The GdZn compound is the simplest of the series being the only one that has no inherent magnetic anisotropy effects. Through magnetization measurements we observe a magnetic ordering transition at 260 K. For this compound we use a simple Hamiltonian, considering only the contributions due to exchange interaction and the Zeeman Effect to simulate curves of specific heat and magnetization. With the data obtained, GdZn presented a maximum entropy change of 3.49 mJ/gK for a magnetic field of 5 T around Tc. The ErZn presents a ferromagnetic transition at 18 K and a drop in magnetization at temperatures below Tc, which is the result of a spin reorientation transition (SRT) induced by magnetic field. This transition is an effect of the system¿s anisotropy and is observed only in curves at low magnetic fields. To simulate the magnetization curves of ErZn and the other compounds of the series we added to the Hamiltonian the contribution due to the crystalline field. In evaluating the MCE of ErZn we find that there is a small anomaly, the result of SRT, around 11K for field variations up to 2 T. In larger fields the anomaly disappears and we get ?S up to 14.83 mJ / gK at fields of 5 T. The compounds HoZn and TbZn have ferromagnetic transitions at 195 and 66 K, respectively, and both have spin reorientation transitions at temperatures below Tc. Unlike the ErZn compound, however, those SRT are not field-induced, being the sole result of anisotropy of the system and showing effects much more pronounced in the curves of magnetization and specific heat. In calculating the EMC of these compounds, we observe two pronounced peaks on the entropy change in the material, one due to a magnetic ordering at Tc and the other due to spin reorientation in the material. This feature shows that the MCE in these compounds act in a much wider range than the usual materials that shows a peak only in Tc, making them strong candidates for magnetic refrigeration / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Sergio Gama, Pedro Jorge von Ranke / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_AlexandreMagnusGomes_D.pdf: 6808779 bytes, checksum: b779b54728ac489a69ae449f1e33d093 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho apresenta resultados de estudos estruturais, magnéticos e magnetocalóricos de alguns compostos à base de gadolínio, germânio e silício. Os estudos estruturais incluem análises por microscopia ótica e eletrônica, além de difração de raios-X. As análises magnéticas restringem-se a medidas de magnetização em função da temperatura e do campo magnético. Utilizando essas técnicas, são estudados compostos sob diferentes condições de processamento, tais como: amostras como fundidas; tratadas termicamente; pulverizadas e sinterizadas. Os compostos Gd5Ge4 e Gd5Ge2Si2 são também analisados magneticamente sob pressão hidrostática. Adicionamos hidrogênio aos compostos Gd5Si4, Gd5G e2Si2 e Gd5Ge2,1S i1,9 e substituímos Ge e Si por Sn no composto Gd5Ge2Si2, criando novas famílias de materiais, as quais também foram analisadas pelas técnicas supracitadas. Além do trabalho experimental, são apresentados resultados teóricos para o efeito magnetocalórico, utilizando o modelo de Landau-Devonshire. Apresentamos também resultados fenomenológicos para o composto Gd5Ge2Si2 sob pressão hidrostática, utilizando o Modelo de Acoplamento Spin-Rede (MASR) / Abstract: This work presents the results from structural, magnetic and magnetocaloric studies about some compounds based on Gd, Ge and Si. Structural studies include optical and electronic microscopy analyses, besides X-ray diffraction. Magnetic analyses are limited to measurements of magnetization as a function of temperature and magnetic field. Using these techniques, the compounds are investigated under different processing conditions, such as: as-cast, heat-treated, powdered and sintered samples. Gd5Ge4 and Gd5Ge2Si2 compounds are also analyzed through magnetic measurements performed under hydrostatic pressure. We have inserted hydrogen atoms into Gd5Si4, Gd5G e2Si2 and Gd5Ge2,1S i1,9 compounds and substituted Sn for Ge and Si in Gd5Ge2Si2 compound. Thus, new families of materials were developed, which are also investigated in this work using the techniques mentioned above. Besides the experimental work, theoretical results are presented for the magnetocaloric effect using the Landau-Devonshire model. We also present phenomenological results for Gd5Ge2Si2 compound under hydrostatic pressure using the Coupling Magnetic-Lattice Model / Doutorado / Física da Matéria Condensada / 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;Tad) as quais podem ser 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 através da variação na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade se mantém fixa. Nos materiais de nosso interesse, o efeito magnetocalórico é estudado teoricamente partindo de um hamiltoniano modelo que leva em conta a rede magnética (que pode ser composta por diversas sub-redes magnéticas acopladas), rede cristalina e a dinâmica dos elétrons de condução. No hamiltoniano magnético são consideradas as interações de troca, Zeeman e campo cristalino (esta ultima responsável pela anisotropia magnética). Recentemente, estudamos o efeito magnetocalórico convencional e o efeito magnetocalórico anisotrópico nos compostos mononitretos com terras-raras, a saber: Ho(y)Er(1-y)N para as concentrações y= 0,1,0.5 e 0.75. Comparações entre nossos resultados teóricos e os dados experimentais para o EMC foram bastante satisfatórias [3,9]. Além disso, diversas predições teóricas como a existência de uma fase ferrimagnética no sistema Ho(y)Er(1-y)N (para a concentração y=0.5) e reorientações de spin nas sub-redes do Ho e Er foram feitas [25]. / The magnetocaloric effect, magnetic refrigeration base, is characterized by two quantities: the isothermal entropy change (&#916;ST) and the adiabatic temperature change (&#916;Tad) which can be obtained through variations in the intensity of a magnetic field applied. In systems which present magnetic anisotropy, one can define anisotropic magnetocaloric effect, which, by definition, is calculated through the variation the direction of application of a magnetic field whose intensity remains fixed. In the materials of our interest, the magnetocaloric effect is studied theoretically starting from a model Hamiltonian which takes into account the magnetic lattice (that can be composed of several magnetic sublattices coupled), crystalline lattice and the dynamics of the conduction electrons. In the magnetic hamiltonian are considered the exchange interactions, Zeeman and crystalline electrical field (this latter responsible for the magnetic anisotropy). Recently, we studied the conventional magnetocaloric effect and anisotropic magnetocaloric effect in mononitrides compounds with rare earths, namely: o(Y)Er(1-Y)N for concentrations y= 0,1,0.5 e 0.75 . Comparisons between our theoretical results and experimental data for EMC were quite satisfactory [26].Furthermore, several theoretical predictions how to the existence of a phase ferrimagnetic in the system Ho(y)Er(1-y)N (for concentration ) and spin reorientations in the sublattices of Ho and Er were made [25].

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:20:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EMC_Heusler- parte 1.pdf: 1976712 bytes, checksum: 54cbe3c62f71ef7121b79c6f4e1efaa0 (MD5) Previous issue date: 2008-03-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work, magnetic entropy change of nonstoichiometric Ni54[Mn(1-x)Fex]19Ga27 Heusler alloys was experimentally verified by partial substitution (up to 50%) of the Mn atoms by magnetic Fe atoms. Such study was mainly concentrated in the magneto-structural transformation region, at low temperatures. The analysis of X-ray diffraction patterns indicate that the partial substitution of Mn atoms by Fe atoms causes predominance of the L21 -phase, however accompanied by spurious phases. The magnetization measurements as a function of the temperature in the low magnetic field reveals that, in all concentration range (0 x 0.5), the system presents a magnetic transition (Ferromagnetic Paramagnetic) at a temperature, TC, near the room temperature, when the material lay in the austenitic phase. Moreover, as many others Heusler alloys, the material undergoes a martensitic structural transition at low temperatures, TM. As the Fe concentration increases, the Curie temperature, TC, undergoes a little variation, increasing around 5%, while TM decreases slowly and monotonically. The magnetic entropy change, for a field of 5T, presents a maximum SM = - 9,3 J/kg.K, for x = 0.1, at a temperature of 250K, and than decreases for x 0.3, changing linearly with the maximum applied field. / Neste trabalho, verificou-se experimentalmente a variação da entropia magnética nas ligas Heusler não-estequiométricas Ni54[Mn(1-x)Fex]19Ga27, substituindo-se parcialmente (até 50%) os átomos de Mn por átomos de Fe. Tal estudo focalizou-se principalmente na região de transformação magneto-estrutural a baixas temperaturas. A análise dos difratogramas de raios-X indica que a substituição parcial de Mn por Fe nessa faixa de concentração, ocasiona uma predominância da fase- L21, porém acompanhada de outras fases espúrias. As medidas de magnetização em função da temperatura realizadas a campos baixos revelam que, em toda a faixa de concentração estudada (0 x 0,5), o sistema apresenta uma transição magnética (Ferromagnético Paramagnético) ao atingir a temperatura de Curie, TC, um pouco acima da temperatura ambiente, quando o material se encontra na fase austenítica. E, assim como muitas outras ligas Heusler, o material sofre uma transição estrutural ao ser resfriado a temperaturas inferiores à temperatura de transição martensítica, TM. À medida que se aumenta a concentração de Fe, a temperatura de Curie, TC, sofre uma pequena variação, aumentando em torno de 5%, enquanto que TM diminui lenta e monotonicamente. A variação da entropia, para um campo de 5T, apresenta um máximo SM = - 9,3 J/kg.K para x = 0,1, a uma temperatura T = 250K e, então, diminui para x 0,3, variando linearmente com o campo aplicado.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:20:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andre luiz alves pre-textual.pdf: 117556 bytes, checksum: 76d3afbdf37ad33e26738ca777741be3 (MD5) Previous issue date: 2010-10-30 / We have studied the stabilization of NaZn13 phase in the intermetallic compound of generic composition LaFe11,4sp1,6 (sp = Si, Al). This stabilization was investigated through the partial substitution of Fe by atoms of Al and Si, and trough the substitution of La by Y or Gd, which are rare earths elements with no orbital contribution to the magnetic moments. We have chosen to study the compounds with stoichiometry LaFe11,4sp1,6 (sp = Al, Si), with y = 0,88, for which compounds are metamagnetic. We firstly studied NaZn13 phase formation in some mixed compounds of composition LaFe11,4(AlxSi1-x)1,6 (0 less or equals x less or equals 1), prepared using an electric arc furnace. The compounds were characterized by Mössbauer Spectroscopy, X Rays Diffraction and Energy Dispersive X Ray Spectroscopy. Some compositions have a predominant NaZn13 phase, while in other regions the fraction of the NaZn13 phase is relative small due to the presence of other phases formed by segregation. We have also investigated the partial substitution of La atoms by atoms of Y and Gd, in the following compounds La1-x(RE)xFe11,4Si1,6 (RE = Gd or Y), with x= 5%. This substitution doesn t modify significantly the stabilization of the NaZn13 phase compared to the non-substituted compound and the fraction of the segregated a-Fe phase is maintained around 50%. We have used a new procedure using the mechanical alloying to prepare LaFe11,4Si1,6 compounds. It consists in submitting the melted sample to a 0.5 to 1 hour long high energy ball milling process and then in annealing the sample. The process induced a significant reduction of the rich-Fe phase formation compared to a conventional process. Therefore, the process allows to obtain samples with a higher fraction of the desired NaZn13 phase. Therefore, the process allows obtaining samples with a higher fraction of the desired NaZn13 phase. / Neste trabalho foi estudada a estabilização da fase tipo NaZn13 no composto intermetálico LaFe11,4sp1,6 (sp = Si, Al). Essa estabilização foi investigada através da substituição parcial de átomos de Fe por átomos de Al e Si, além da substituição parcial de La por Y ou Gd, que são terras-raras com contribuição orbital nula para o momento magnético. Particularmente, foram escolhidos os compostos com fórmula estequiométrica La[Feysp1-y]13 , com y = 0,88, devido seu caráter metamagnético. Foi inicialmente estudada a formação da fase tipo NaZn13, nos compostos mistos LaFe11,4(AlxSi1-x)1,6 (0 menor ou igual x menor ou igual 1), através da fusão em arco voltaico. Esses compostos foram caracterizados pelas técnicas experimentais de: espectroscopia Mössbauer, difração de raios X e espectroscopia por dispersão de energia. Em algumas regiões de composição, os compostos mistos apresentam a fase NaZn13 majoritária. Em outras regiões de composição, a quantidade da fase tipo NaZn13 é relativamente pequena, se comparado com as demais fases formadas nos processos de segregação. Em seguida, foi investigada a substituição parcial de La por átomos de Y e Gd, ou seja, foram estudados os compostos La1-x(RE)xFe11,4Si1,6 (RE = Y ou Gd) com x = 5%. Os resultados sugerem que esta substituição não provoca mudança significativa na estabilização da fase tipo NaZn13 nos compostos a base de Si, ou seja, independentemente do dopante a fração das fases segregadas ricas em Fe é de aproximadamente 50%. Finalmente, foi usada a técnica de mecanossíntese (ou moagem em altas energias) para propiciar a estabilização de uma maior fração da fase tipo NaZn13, nos compostos a base de Si, já que estes apresentam maiores segregações de Fe e possuem grande potencial para aplicação tecnológica em refrigeradores que usam o efeito magnetocalórico. Assim, as amostras foram fundidas e submetidas à mecanossíntese por 0,5 - 1 hora em um moinho da marca SPEX8000 e depois tratada termicamente. Os resultados estão mostrando significativa redução da fase bcc-Fe segregada, conseqüentemente um aumento da fração da fase tipo NaZn13.

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.

Over the last decades, several works have been devoted to the investigation of a new class of hybrid spin systems with nodal localized Ising spins and interstitial delocalized electrons. In a diamond-like geometry, this class of models depicts magnetization plateaus and an enhanced magnetocaloric effect. In square lattices geometry, the quantum correlations may lead to ferromagnetic or antiferromagnetic ordering depending on the filling fraction of the delocalized orbitals. In the present work, we study the magnetic and thermodynamic properties of a hybrid spin ladder consisting of Ising spins placed in distinct chains, interacting with each other through a ferromagnetic exchange coupling φ. The interaction between nearest neighbor’s localized spins on the same chain is mediated by a pair of interstitial electrons that may hop between chains with hopping amplitude t obeying Pauli’s Exclusion Principal. The exchange interaction between each localized spins and an interstitial electron is J. The interplay of hopping amplitude and exchange interaction may give rise to a rich phase diagram for the ground state of the system. Such a model may be exactly solvable by using decoration-iteration transformation, transfer matrix method and exact diagonalization. Our results show that quantum correlations betweeen delocalized spins induce an antiferromagnetic coupling between chains that competes with the ferromagnetic exchange coupling. A resulting kinecally-driven frustration is predominant in the regime of low temperatures and large hopping amplitudes. We provide the full ground-state phase diagram as well as the frustration diagram on distinct coupling regimes. The effect of an external magnetic field are also investigated. Further, we determine how the hopping amplitude and an external magnetic field affect different thermodynamics properties of the system, such as total magnetization, specific heat and magnetocaloric rate. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nas últimas décadas, vários trabalhos têm sido dedicados à investigação de uma nova classe de sistemas de spins híbridos, formados por spins de Ising nodais localizados e elétrons intersticiais delocalizados. Na geometria do tipo diamante, esta classe de modelos apresenta platô de magnetização e um efeito magnetocalórico pronunciado. Em uma geometria de rede quadrada, as correlações quânticas podem levar a um ordenamento ferromanético ou antiferremagnético dependendo da fração de preenchimento dos orbitais delocalizados. No presente trabalho, nós estudamos as propriedades magnéticas e termodinâmicas de escada de spins híbridos, consistindo em spins de Ising localizados em cadeias distintas, que interagem por meio de acoplamento ferromagnético de troca φ. A interação entre os primeiros vizinhos de spins localizados numa mesma cadeia é mediada por um par de elétrons intersticiais que podem saltar entre as cadeias com amplitude de hopping t, obedecendo ao Princípio de Exclusão de Pauli. A interação de troca entre os spins localizados e os spins intersticiais é J. A competição entre as interações de troca e a amplitude de hopping pode dar origem a um rico diagrama de fases para o estado fundamental do sistema. Este modelo pode ser exatamente solúvel usando a transformação de iteração-decoração, método da matriz de transferência e diagonalização exata. Nossos resultados mostram que as correlações quânticas entre os spins delocalizados induzem um acoplamento antiferromagnético entre as cadeias que compete com o acoplamento ferro-magnético de troca. Uma frustração induzida cineticamente é predominante no regime de baixas temperaturas e grandes amplitudes de hopping. Nós fornecemos um diagrama de fases completo para o estado fundamental do sistema, bem como o diagrama de frustração para diferentes regimes dos acoplamentos. Os efeitos de um campo magnético externo também são investigados. Além disso, nós determinamos como a amplitude de hopping e um campo magnético externo afetam diferentes propriedades termodinâmicas do sistema, tais como a magnetização total, o calor específico e a taxa magnetocalórica.

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.