Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2015-11-10T15:55:30Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2161122 bytes, checksum: e5f431c07c8bf11e4baf6184921d753d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-10T15:55:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2161122 bytes, checksum: e5f431c07c8bf11e4baf6184921d753d (MD5) Previous issue date: 2014-03-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta tese s ̃o estudados efeitos termodinˆmicos e de defeitos estruturais nos materiais a a conhecidos como gelos de spin artificiais, por meio de simula ̧ ̃es computacionais em co redes quadradas. No caso da termodinˆmica, damos ˆnfase aos efeitos da temperatura a e sobre as excita ̧oes elementares: os monopolos magn ́ticos de Nambu e suas cordas. c ̃ e Usando t ́cnicas de Monte Carlo foram obtidas quˆntidades termodinˆmicas como calor e a a espec ́ ıfico, densidade de cargas e a separa ̧ ̃o m ́dia entre pares de carga como fun ̧ao ca e c ̃ da temperatura. Nossos c ́lculos mostram que o calor espec ́ a ıfico e a separa ̧ ̃o m ́dia ca e entre pares de cargas exibem, respectivamente, um pico acentuado e um m ́ximo global a e c ̃ na mesma temperatura Tc ≈ 7, 2 D/kB , em que D ́ a constante de intera ̧ao dipolar e kB a constante de Boltzmann. Analisando a dependˆncia dessas quantidades com o e tamanho do sistema verificamos um crescimento logar ́ ıtmico das amplitudes m ́ximas a ca e do calor espec ́ ıfico, Cmax , e da separa ̧ ̃o m ́dia entre pares, dmax , com o aumento do tamanho do sistema. Dessa forma, nossos resultados indicam que monopolos comple- tamente isolados seriam encontrados apenas no limite termodinˆmico. Entretanto, os a resultados tamb ́m sugerem que para temperaturas T ≥ Tc , o sistema exibe uma fase e a a com monopolos separados, apesar de dmax n ̃o ser maior que poucos parˆmetros de rede para sistemas reais. Na segunda parte desta tese, n ́s estudamos o caso em que a rede o ́ constru ́ com um defeito estrutural como, por exemplo, uma ilha deformada. Isto e ıda ́ feito considerando um arranjo quadrado de nanoilhas contendo apenas uma unica e ́ ilha diferente das demais. Esta diferen ̧a ́ incorporada no momento magn ́tico (spin) c e e da ilha defeituosa, sendo muitos casos estudados, inclusive o caso especial no qual a ilha est ́ ausente (vacˆncia). N ́s mostramos que sobre os v ́rtices adjacentes da na- a a o e noilha “malformada” existe um par de cargas magn ́ticas opostas. Tamb ́m obtivemos e e o potencial intera ̧ ̃o efetivo entre as excita ̧oes elementares (um par de monopolos de ca c ̃ Nambu e suas cordas) com a ilha defeituosa, sendo um problema envolvendo quatro cargas magn ́ticas (dois pares de polos opostos) e uma corda. / In this thesis, we study the thermodynamics and structural defects effects in artificial spin ice systems, by mean of computer simulations in square lattices. In the case of ther- modynamics, we give emphasis to the effects of temperature on elementary excitations: the Nambu magnetic monopoles and their strings. By using Monte Carlo techniques, we obtain the specific heat, the density of charges and the average separation of a pair of charges as a function of temperature. Our calculations show that the specific heat and average separation of a pair of charges exhibit a sharp peak and global maximum, respectively, at the same temperature Tc = 7, 2 D/kB , where D is the strength of the dipolar interaction and kB is the Boltzmann constant. Analysing the dependence of these quantities with the size of the system, we verify a logarithmic growth of the ma- ximum amplitude of the specific heat, Cmax and the avarege separation, dmax , with the increasing of system’s size. Then, our results suggest that completely isolated charges could be found only at thermodynamic limit. However, for temperatures T ≥ Tc the system exibits a phase with separated monopoles despite of the maximun separation, dmax , not exceed a few lattice spacings for viable artificial materials. In the second part of this thesis, we study the case where the lattice is building with a structural defect such as a defective island. This is done by considering a square array of islands containing only one island different from all others. This difference is incorporated in the magnetic moment (spin) of the “imperfect” island and several cases are studied, including the special situation in which this distinct spin is zero (vacancy). We show that the two extreme points of a defective island behave like two opposite magnetic charges. Then, the effective interaction between the elementary excitations (a pair of Nambu monopoles and their string) with the defective island is a problem involving four magnetic charges (two pairs of opposite poles) and a string.

Submitted by Gustavo Caixeta (gucaixeta@gmail.com) on 2017-02-21T11:44:40Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2365238 bytes, checksum: a140cdba64721e32f2327df62fbcccb3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-21T11:44:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2365238 bytes, checksum: a140cdba64721e32f2327df62fbcccb3 (MD5) Previous issue date: 2013-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES, Brasil / Neste trabalho estudamos alguns processos de desmagnetização de um gelo de spin artificial em geometria triangular através de dois processos utilizando campo magnético externo: O primeiro processo similar ao processo de histerese, campo magnético em uma única direção, e o segundo através de um campo magnético rotacional e decrescente. Para isto, utilizamos simulações computacionais Monte Carlo, considerando que os spins da rede eram tipo Ising e que estes seriam invertidos somente quando a condição −si.Bi ≤ bi fosse satisfeita. Como tentativa de aproximar nossas simulações dos experimentos feitos em laboratório, adaptamos os valores de nossas simulações para serem proporcionais aos valores obtidos em laboratório e consideramos uma desordem nos spins da rede, fazendo com que o valor do campo magnético mínimo para a inversão bi siga uma distribuição Gaussiana (bi → bc ± b'i ). Esta última consideração seria reflexo da dificuldade de construir os gelos de spins em laboratório, gerando várias ilhas diferentes em uma mesma rede. Além disto, consideramos uma outra desordem no processo similar ao de histerese: o desalinhamento do campo magnético externo com a rede devido suas pequenas dimensões. Os resultados de nosso trabalho foram obtidos através de rede quadradas com 30 espaçamentos de rede e as médias foram tomadas de 50 × 10 amostras (50 redes diferentes e 10 amostras de cada rede). Nestes resultados, percebemos que no processo similar ao de histerese, as redes foram desmagnetizadas e conseguiram alcançar o estado fundamental, mesmo com grandes desordens. Enquanto no processo de campo magnético rotacional percebemos que as redes eram desmagnetizadas mas nenhuma alcançava o estado fundamental. No processo rotacional, o estado fundamental era somente alcançado no interior das redes sem desordem. / In this work we studied some demagnetization protocols for an arti cial spin ice in a triangular lattice through two processes using external magnetic elds: The fi rst process is similar to the process of hysteresis, using a magnetic field in one direction, and the second through a rotational and decrasing magnetic field.For this, we used Monte Carlo computer simulations, considering that the lattice spins are fl ipped only when the condition −si·Bi≤bi is satis ed. In an attempt to relate our simulations to laboratory experiments, we adapted our simulations values to be proportional to the values obtained in laboratory and we have considered a disorder in the lattice's spins, in such a way that the minimum reversing magnetic field bi, follows a Gaussian distribution (bi→bc±b'i). This last consideration would be a re flection of the di fficulty of constructing the spin ices in the laboratory, generating several di erent islands in a lattice. Moreover, we considered another kind of disorder in the hysteresis-like process: the misalignment of the external magnetic field with the lattice due to its small dimensions. The results of our work were obtained through square lattices with 30 lattice spacings and averages were taken from 50 × 10 samples (50 dif erents lattices and 10 sample to each lattice). In these results, we realized that the process similar to hysteresis, the lattice were demagnetized and managed to reach the ground state, even with major disorders. While in the process of rotational magnetic field we realized that the lattice were demagnetized but none reached the ground state. In this rotational process, only the ground state was achieved in a small region of the lattice without the disorder.