abstract: Quark matter at sufficiently high density and low temperature is expected to be a color superconductor, and may exist in the interior of neutron stars. The properties of two simplest possible color-superconducting phases, i.e., the color-flavor-locked (CFL) and two-flavor superconducting (2SC) phases, are reviewed. The effect of a magnetic field on the pairing dynamics in two-flavor color-superconducting dense quark matter is investigated. A universal form of the gap equation for an arbitrary magnetic field is derived in the weakly coupled regime of QCD at asymptotically high density, using the framework of Schwinger-Dyson equation in the improved rainbow approximation. The results for the gap in two limiting cases, weak and strong magnetic fields, are obtained and discussed. It is shown that the superconducting gap function in the weak magnetic field limit develops a directional dependence in momentum space. This property of the gap parameter is argued to be a consequence of a long-range interaction in QCD. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Physics 2012

Neste trabalho descrevemos a concepção e o desenvolvimento de uma página na Internet sobre o tema da supercondutividade, bem como o uso e avaliação da página como instrumento de ensino em uma turma de terceiro ano do Ensino Médio do Colégio Frederico Jorge Logemann em Horizontina/RS. Para esse desenvolvimento, foram necessários alguns recursos de hipermídia e a página representa o produto educacional da dissertação. A implementação do tema deu-se à luz de epistemologias contemporâneas que problematizam visões ingênuas sobre a natureza da ciência. Para tanto, destacam-se as epistemologias de Popper (1993), Kuhn (1978), Lakatos (1989) e Laudan (1977) devido à sua relevância no ensino de física, com ênfase na principal convergência existente entre essas visões de ciência: a oposição ao empirismo-indutivismo. Como referencial teórico psicológico, utilizamos a psicologia sócio-histórica de Vygotsky para uma maior compreensão do processo ensino-aprendizagem envolvido no presente projeto. Avaliamos a implementação do projeto a partir de instrumentos que tornaram evidentes a aprendizagem significativa dos alunos sobre o tema. A metodologia utilizada durante as aulas, em que o assunto foi abordado, foi basicamente pautada na utilização da página desenvolvida para essa finalidade, bem como na realização de atividades experimentais, por parte dos alunos, para que pudessem visualizar a parte prática envolvida na montagem do experimento e os resultados encontrados. A partir das animações disponíveis no material didático, a idéia foi promover compreensão do fenômeno e suas conseqüências. A página elaborada e fundamentada em epistemologias contemporâneas mostrou-se um material didático capaz de envolver o estudante em discussões relevantes sobre as propriedades dos materiais supercondutores, suas aplicações, bem como sobre o aspecto epistemológico abordado, percebidos através das opiniões emitidas pelos alunos durante as aulas, pelo interesse demonstrado no decorrer do processo e pelo seu desempenho em testes de conhecimento. / In this work we describe the conception and development of a webpage about superconductivity, as well as its implementation in a third high school grade of Frederico Jorge Logemann school., in Horizontina/RS. In order to make this development were needed some hypermedia resources and the webpage represents the educational product of this dissertation. The implementation of the theme is the result of contemporary epistemologies that question naive views about the nature of science. Thus, we consider the epistemologies of Popper (1993), Kuhn (1978), Lakatos (1978) and Laudan (1977) because of their relevance in Physics teachings, emphasizing the principal convergence that exists among these theories: the opposition to the empiricism-inductive theory. As a theoretical psychological framework, we used the social-historical psychology of Vygotsky to a better comprehension of the learning-teaching process involved in this work. We have evaluated the implementation of the project from instruments that make evident the students’ meaningful learning about the theme. The metodology used during the classes, which approached the subject, was based, basically, on the utilization of the webpage developed to this end, as well as on the achievement of experimental activities, by the students, in order to see the practical part involved in the experiment assembling and the results that were found in it. From the animations that were available in the didactic materials, the idea was to promote the comprehension of the phenomenon and its consequences. The webpage that was made and based on the contemporary epistemologies appeared unveiled a didactic material that is able to involve the student in relevant discussions about the properties of the superconductor materials, their applications, as well as about the epistemological aspect that was approached, all this data was realized throw the students’ oppinion during the classes, by their interest showed during the process and by their performance in knowledge tests.

FROTA, Diego Araujo. Estudo de um sistema supercondutor-ferromagneto: efeitos da aplicação de campo magnético e corrente elétrica. 2016. 72 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2016-04-14T18:02:17Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_dafrota.pdf: 22222249 bytes, checksum: 3c4b2e4990667c1280e4839ee1d811ac (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2016-04-14T18:03:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_dafrota.pdf: 22222249 bytes, checksum: 3c4b2e4990667c1280e4839ee1d811ac (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-14T18:03:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_dafrota.pdf: 22222249 bytes, checksum: 3c4b2e4990667c1280e4839ee1d811ac (MD5) Previous issue date: 2016 / Using advanced Ginzburg-Landau simulations, we study the superconducting state of a thin super- conducting film under a ferromagnetic layer, separated by an insulating oxide, in applied external magnetic field and electric current. The taken uniaxial ferromagnet is organized into a series of parallel domains with alternating polarization of out-of-plane magnetization, sufficiently strong to induce vortex-antivortex pairs in the underlying superconductor in absence of other magnetic field. We show the organization of such vortex-antivortex matter into rich configurations, some of which are not matching the periodicity of the ferromagnetic film. The variety of possible configurations is enhanced by applied homogeneous magnetic field, where additional vortices in the superconductor may lower the energy of the system by either annihilating the present antivortices under negative ferromagnetic domains, or by lowering their own energy after positioning under positive ferromag- netic domains. As a consequence, both the vortex-antivortex reordering in increasing external field and the evolution of the energy of the system are highly nontrivial. Finally, we reveal the very inter- esting effects of applied dc electric current on the vortex-antivortex configurations, since resulting Lorentzian force has opposite direction for vortices and antivortices, while direction of the applied current with respect to ferromagnetic domains is of crucial importance for the interaction of the applied and the Meissner current, as well as the consequent vortex-antivortex dynamics - both of which are reflected in the anisotropic critical current of the system. / A partir da solução numérica das equações de Ginzburg-Landau, estudamos o estado supercondutor de um filme fino supercondutor sob uma camada ferromagnética, separados por um óxido isolante, na presença de campo magnético ou corrente elétrica aplicados. O ferromagneto considerado é organizado em uma série de domínios paralelos com magnetização oposta, perpendicular ao plano do ferromagneto, e suficientemente forte para induzir pares vórtice-antivórtice no supercondutor subjacente, quando na ausência de campo magnético aplicado. Pares vórtice-antivórtice se auto-organizam em um rico conjunto de configurações, algumas das quais não apresentam correspondência com a periodicidade do filme ferromagnético. A variedade das possíveis configurações é aumentada pela aplicação de campo magnético externo, caso em que vórtices adicionais podem diminuir a energia do sistema pela aniquilação dos antivórtices, que estão sob os domínios negativos do ferromagneto, ou diminuindo sua própria energia após se posicionarem sob domínios positivos do ferromagneto. Como consequência, o reodernamento de vórtices-antivórtices bem como a evolução da energia do sistema são não-triviais em função do aumento da intensidade do campo magnético externo. Por fim, revelamos efeitos curiosos da corrente elétrica dc aplicada sobre as configurações de pares vórtice- antivórtice, uma vez que a força de Lorentz resultante tem direção oposta para vórtices e antivórtices, enquanto que a direção da corrente aplicada em relação aos domínios ferromagnéticos é de importância crucial para a interação das correntes e Meissner e aplicada, bem como a dinâmica de vórtice-antivórtice resultante - ambas as quais estão refletidas na anisotropia da corrente crítica do sistema.

U6Fe has the highest superconducting transition temperature TSC ~ 4 K out of all of the U-based compounds. Unusually, the Pauli limit (1:84TSC = 7:36 T) is less than the observed critical field for both the a and c axes in this tetragonal material. Neither Pauli or usual BCS orbital limit is apparently respected. In order to explain why superconductivity exceeds the Pauli limit, it must be considered that either the superconducting state is unaffected by paramagnetic effects, or there is a large amount of spin-orbit scattering. Superconductivity is in the dirty limit for typical samples of U6Fe, which means that the latter cannot be precluded. Another unusual property of the superconducting state of U6Fe is that TSC has a positive dependence on the applied pressure P, for P < 4 kbar. This combined with other subtle signals in various measurements have led to the suggestion that a Charge Density Wave (CDW) state may exist in U6Fe below 110 K. The CDW state is typically favoured by materials with low-dimensional structural features such as chains of atoms. Such materials, if superconductors, are also candidates to exhibit the sought-after Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) state, an unusual state in which the superconducting order parameter is modulated in real space. The FFLO is expected to be suppressed except in clean, Pauli limited materials. Therefore if U6Fe can be produced at high enough quality to bring the superconducting state into the clean limit, it would be a potential candidate for an FFLO state. Part of this project discusses apparatus and techniques applied with the goal of producing such quality samples of U6Fe. We have succeeded in the application of the Solid State Electrotransport (SSE) method to purifying samples, and have been able to replicate the highest Residual Resistivity Ratios (RRRs) achieved (~9, compared to 4 for typical samples), but for single crystals instead of the polycrystals produced in the past. In parallel with the progress made towards higher quality samples of U6Fe, a new X-ray scanner has been developed for grain mapping of samples. This has found application in the course of our synthesis studies. The best quality samples have been studied by X-ray diffraction on the XMaS beamline at the ESRF in Grenoble, France. Below TCDW ~ 10 K, satellites at (δH; δK; 0) = (±0:11;±0:11; 0) were observed that confirm a CDW state, albeit at much lower temperatures than anticipated. By examination of systematic satellite absences we have determined that the displacement vector → u is perpendicular to the modulation direction in k-space. Additionally it has been found that the symmetry of the lattice below TCDW is reduced from that of the room temperature I4=mcm structure. The appearance of additional Bragg peaks below ~110 K during these experiments were later cast into doubt by multiple scattering. We have, however, detected a signal in the form of a jump at ~110 K in specific heat measurements of our samples. These measurements also show a kink near to TCDW. We have additionally extended the investigation of the effect of pressure on the superconducting state. The maximum of TSC is confirmed in our samples, and the subsequent suppression of TSC and Hc2 is investigated up to 8 GPa. We have analysed our Hc2(T) curves at different pressures under a simple two-band model that fits the observed trends well and suggest that at the highest pressures U6Fe is approaching even more unusually enhanced Hc2 values.

Orientador: Paulo Noronha Lisboa Filho / Banca: Alexandre José de Castro Lanfredi / Banca: Marcelo Ornaghi Orlandi / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: A síntese e as condições de processamento sempre foram temas importantes em Ciências dos Materiais. Com o interesse crescente em componentes miniaturizados, que possuam propriedades especiais, os materiais nanométricos têm se desenvolvido grandemente. Neste trabalho, a otimização do processo de obtenção da cerâmica supercondutora Y'Ba IND. 2''Cu IND. 3''O IND. 7-δ' com estrutura nanoparticulada e a obtenção de elos fracos (weak-links) suficientemente fortes e homogêneos foram estudados. As amostras foram preparadas usando o Método dos Precursores Poliméricos Modificado (MPPM) com variação do agente de quelação (ácido cítrico, ácido tartárico e EDTA) e da atmosfera de tratamento posterior (nitrogênio e oxigênio). O objetivo foi variar as condições de sinterização dos nanopós e produzir que possuíssem partículas com dimensões nanométricas de modo a obter regiões intergranulares com uma distribuição de densidade de corrente crítica estreita e, ao mesmo tempo, não ultrapassar os limites que promovam o crescimento dos grãos. Para estes estudos, foram realizadas caracterizações estruturais e microestruturais através de Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), e caracterização magnética por medidas de Magnetização DC e de Susceptibilidade AC. Além dos efeitos provenientes do processamento, estudou-se a inserção de defeitos de forma controlada, substituindo parcialmente o cobre na forma Y'Ba IND. 2''Cu IND. 3''O IND. 7-δ' por M = Zn e Ni, procurando estabelecer a relação entre os defeitos causados pelas substituições (intrínsecos) e as inomogeneidades estruturais devidas ao processamento (extrínsecos) através de mudanças no diagrama de fases da Matéria de Vórtices. / Abstract: The synthesis and processing conditions to produce materials always were important themes for study in Materials Science. The interest in miniaturized components with special properties like nanostructured materials has been strongly developed in these last years. In this work, the optimization processes to obtain superconducting ceramic Y'Ba IND. 2''Cu IND. 3''O IND. 7-δ' nanoparticles with strong and homogeneous weak-links were studied. The samples were prepared using the Modified Polymeric Precursos Method (MPPM) by the use of different chelating agent (citric acid, tartaric acid and EDTA) and different heat treatment atmosphere (nitrogen and oxygen). Thus, variations in the nanopowder sintering conditions in order to obtain nanometric samples with intergranular region with narrow critical current density distribution without promoting grain growth were also tested. For this, microstructural and structural characterization using Fourier Transform Infrared (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Transmission Electron Microscopy (TEM) were used and magnetic characterization through DC-Magnetization and AC-Susceptibility was also performed. Moreover of the processing effects, it was studied the doping controlled, replacing partially in Y'Ba IND. 2''Cu IND. 3''O IND. 7-δ' by M = Zn e Ni and looking for the relation between effects due substituent (intrinsic) and the structural inhomogeneous due processing (extrinsic) comparing its effects their at vortex matter phase diagram. / Mestre

abstract: Measurements of the response of superconducting nanowire single photon detector (SNSPD) devices to changes in various forms of input power can be used for characterization of the devices and for probing device-level physics. Two niobium nitride (NbN) superconducting nanowires developed for use as SNSPD devices are embedded as the inductive (L) component in resonant inductor/capacitor (LC) circuits coupled to a microwave transmission line. The capacitors are low loss commercial chip capacitors which limit the internal quality factor of the resonators to approximately $Qi = 170$. The resonator quality factor, approximately $Qr = 23$, is dominated by the coupling to the feedline and limits the detection bandwidth to on the order of 1MHz. In our experiments with this first generation device, we measure the response of the SNSPD devices to changes in thermal and optical power in both the time domain and the frequency domain. Additionally, we explore the non-linear response of the devices to an applied bias current. For these nanowires, we find that the band-gap energy is $\Delta_0 \approx 1.1$meV and that the density of states at the Fermi energy is $N_0 \sim 10^{10}$/eV/$\mu$m$^3$. We present the results of experimentation with a superconducting nanowire that can be operated in two detection modes: i) as a kinetic inductance detector (KID) or ii) as a single photon detector (SPD). When operated as a KID mode in linear mode, the detectors are AC-biased with tones at their resonant frequencies of 45.85 and 91.81MHz. When operated as an SPD in Geiger mode, the resonators are DC biased through cryogenic bias tees and each photon produces a sharp voltage step followed by a ringdown signal at the resonant frequency of the detector. We show that a high AC bias in KID mode is inferior for photon counting experiments compared to operation in a DC-biased SPD mode due to the small fraction of time spent near the critical current with an AC bias. We find a photon count rate of $\Gamma_{KID} = 150~$photons/s/mA in a critically biased KID mode and a photon count rate of $\Gamma_{SPD} = 10^6~$photons/s/mA in SPD mode. This dissertation additionally presents simulations of a DC-biased, frequency-multiplexed readout of SNSPD devices in Advanced Design System (ADS), LTspice, and Sonnet. A multiplexing factor of 100 is achievable with a total count rate of $>5$MHz. This readout could enable a 10000-pixel array for astronomy or quantum communications. Finally, we present a prototype array design based on lumped element components. An early implementation of the array is presented with 16 pixels in the frequency range of 74.9 to 161MHz. We find good agreement between simulation and experimental data in both the time domain and the frequency domain and present modifications for future versions of the array. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Physics 2018

O presente trabalho trata do estudo sistemático acerca de supercondutividade em soluções sólidas de monoboretos formados por nióbio e zircônio. Amostras policristalinas de Nb1-xZrxB, com 0 &leq; x &leq; 0,2, de boretos ricos em nióbio Nb1-zBz e ricos em boro NbB1+&delta; foram preparadas através de um forno a arco elétrico sobre uma base de Cu refrigerada e sob atmosfera de Argônio de alta pureza, ao misturar os elementos Nb em lâminas, flocos de B e pedaços de Zr metálico, com alta pureza. Adicionalmente, algumas amostras foram introduzidas em uma ampola de quartzo com pressão parcial de Argônio e tratadas termicamente à temperatura de 1100 °C durante 150 h. As caracterizações das propriedades físicas dessas amostras foram conduzidas através de medidas de difração de raios-X, dependência com a temperatura e campos magnéticos da magnetização dc M(T, H), resistência elétrica R(T, H) e calor específico Cp(T, H). Também foram obtidas micrografias de algumas amostras, ao utilizar microscopia eletrônica de varredura (MEV). Pequenas perdas de massa foram observadas em todas as amostras como fundidas, ocasionando a formação de soluções sólidas do tipo Nb-B (Nbss) e/ou Nb1-yZry como fases secundárias, apresentando pequenas frações volumétricas. O limite de solubilidade de Zr na matriz NbB é sugerido estar próximo à concentração de 10 %at. Zr. Com exceção do composto rico em boro NbB1,2, todas amostras, como fundidas ou tratadas termicamente, apresentaram propriedades supercondutoras, sendo que o composto estequiométrico NbB exibe uma temperatura crítica supercondutora Tc ~ 9 K, que por sua vez é muito similar àquela conhecida para o nióbio elementar, com Tc ~ 9,2 K. Algumas inconsistências surgem caso a fase ortorrômbica Nb1-xZrxB seja considerada supercondutora, apesar de ser confirmada como a fase majoritária nos padrões de difração de raios-X dessas amostras. Tal fato é sugerido pela enorme diferença entre as frações Meissner nas curvas de susceptibilidade magnética &chi;(T) de amostras volumétricas e pulverizadas, baixos valores do salto no calor específico em comparação com o previsto pela teoria BCS com acoplamento fraco e a ausência de supercondutividade em um espécime (NbB1,2) no qual a fase NbB é preponderante. Deste modo, os resultados aqui discutidos sugerem que o composto NbB não é supercondutor, em oposição ao que fora reportado previamente, e que as propriedades supercondutoras da solução sólida Nb1-xZrxB são governadas pela presença de fases secundárias supercondutoras do tipo Nbss/Nb1-yZry. / This work is presented as a systematically study regarding superconductivity in niobium-zirconium monoborides and their solid solutions. Polycrystalline samples of Nb1-xZrxB, with 0 &leq; x &leq; 0.2, niobium rich Nb1-zBz and boron rich NbB1+&delta; borides were arc-melted on a water-cooled Cu hearth under high purity Argon atmosphere, by mixing high purity Nb foils, B flakes and metallic Zr pieces. Some arc-melted samples were placed in a quartz ampoule with Argon partial pressure and heat treated at 1100 °C during 150 h. The samples were characterized by means of X-ray diffraction XRD, temperature and magnetic field dependence of dc magnetization M(T, H), electrical resistance R(T, H) and heat capacity Cp(T, H). Micrographs of few samples were also obtained by scanning electron microscopy (SEM). Small weight losses were observed in all as-cast samples, leading to the formation of Nb-B (or Nbss) and/or Nb1-yZry solid solutions as secondary phases, all of them with low volume fractions. The solubility limit of Zr within Nb1-xZrxB lattice was found to be close to 10 at. % Zr. Except the boron-rich compound NbB1.2, every sample, as-cast or heat treated, exhibited superconducting properties below Tc ~ 9 K, a temperature very close to that known for pure, superconducting niobium of Tc ~ 9.2 K. Some internal discrepancies within the obtained data arise when the orthorhombic phase Nb1-xZrxB is assumed to be superconducting, despite it being the majority phase in the XRD patterns of the samples. This is suggested by a huge difference between the Meissner fraction in magnetic susceptibility &chi;(T) curves of bulk and powdered samples, small values of specific heat jumps in comparison with the expected within the weak-coupling BCS theory and lack of superconductivity in a specimen (NbB1.2) in which the main phase is NbB. By combining all the experimental results obtained in over two dozen samples studied, we argue that the NbB compound is not a superconducting material, as opposed to what has been reported previously. Also, the superconducting properties found in Nb1-xZrxB alloys are then associated with the occurrence of extra phases Nbss and/or Nb1-yZry which are present in all superconducting samples.

coordenadoria de aperfeiÃoamento de pessoal de ensino superior / A partir da soluÃÃo numÃrica das equaÃÃes de Ginzburg-Landau, estudamos o estado supercondutor de um filme fino supercondutor sob uma camada ferromagnÃtica, separados por um Ãxido isolante, na presenÃa de campo magnÃtico ou corrente elÃtrica aplicados. O ferromagneto considerado à organizado em uma sÃrie de domÃnios paralelos com magnetizaÃÃo oposta, perpendicular ao plano do ferromagneto, e suficientemente forte para induzir pares vÃrtice-antivÃrtice no supercondutor subjacente, quando na ausÃncia de campo magnÃtico aplicado. Pares vÃrtice-antivÃrtice se auto-organizam em um rico conjunto de configuraÃÃes, algumas das quais nÃo apresentam correspondÃncia com a periodicidade do filme ferromagnÃtico. A variedade das possÃveis configuraÃÃes à aumentada pela aplicaÃÃo de campo magnÃtico externo, caso em que vÃrtices adicionais podem diminuir a energia do sistema pela aniquilaÃÃo dos antivÃrtices, que estÃo sob os domÃnios negativos do ferromagneto, ou diminuindo sua prÃpria energia apÃs se posicionarem sob domÃnios positivos do ferromagneto. Como consequÃncia, o reodernamento de vÃrtices-antivÃrtices bem como a evoluÃÃo da energia do sistema sÃo nÃo-triviais em funÃÃo do aumento da intensidade do campo magnÃtico externo. Por fim, revelamos efeitos curiosos da corrente elÃtrica dc aplicada sobre as configuraÃÃes de pares vÃrtice- antivÃrtice, uma vez que a forÃa de Lorentz resultante tem direÃÃo oposta para vÃrtices e antivÃrtices, enquanto que a direÃÃo da corrente aplicada em relaÃÃo aos domÃnios ferromagnÃticos à de importÃncia crucial para a interaÃÃo das correntes e Meissner e aplicada, bem como a dinÃmica de vÃrtice-antivÃrtice resultante - ambas as quais estÃo refletidas na anisotropia da corrente crÃtica do sistema. / Using advanced Ginzburg-Landau simulations, we study the superconducting state of a thin super- conducting film under a ferromagnetic layer, separated by an insulating oxide, in applied external magnetic field and electric current. The taken uniaxial ferromagnet is organized into a series of parallel domains with alternating polarization of out-of-plane magnetization, sufficiently strong to induce vortex-antivortex pairs in the underlying superconductor in absence of other magnetic field. We show the organization of such vortex-antivortex matter into rich configurations, some of which are not matching the periodicity of the ferromagnetic film. The variety of possible configurations is enhanced by applied homogeneous magnetic field, where additional vortices in the superconductor may lower the energy of the system by either annihilating the present antivortices under negative ferromagnetic domains, or by lowering their own energy after positioning under positive ferromag- netic domains. As a consequence, both the vortex-antivortex reordering in increasing external field and the evolution of the energy of the system are highly nontrivial. Finally, we reveal the very inter- esting effects of applied dc electric current on the vortex-antivortex configurations, since resulting Lorentzian force has opposite direction for vortices and antivortices, while direction of the applied current with respect to ferromagnetic domains is of crucial importance for the interaction of the applied and the Meissner current, as well as the consequent vortex-antivortex dynamics - both of which are reflected in the anisotropic critical current of the system.

Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T00:52:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_PriscilaFerrariSilveira_D.pdf: 147107080 bytes, checksum: e6ecb488eaabaaa03a84f0aa02f1bec0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O entendimento microscópico da intrincada relação entre magnetismo e supercondutividade não-convencional e atualmente um dos grandes problemas em aberto em física da matéria condensada. Em especial, compostos com estrutura cristalina tetragonal parecem favorecer a emergência de tal fenômeno. Os compostos intermetálicos tetragonais BaFe2As2 e EuFe2As2 cristalizam na estrutura tetragonal ThCr2Si2 (I 4/mmm) com camadas de FeAs separadas por átomos de bario/europio. Ambos os compostos apresentam uma distorção estrutural (tetragonal para ortorrômbica) acompanhada for uma transição de fase magnética do tipo onda de densidade de spin (ou SDW, na sigla em inglês) em TSDW = 140 K e TSDW = 190 K, respectivamente. E notável que esta fase magnética pode ser suprimida em direção ao estado supercondutor através de substituição quica ou pressão aplicada. Neste trabalho, apresentamos o estudo sistemático das propriedades do composto intermetálico tetragonal BaFe2As2 em função de tr^es parâmetros: substituição de Eu no sitio cristalográfico do Ba; substituição de metais de transição TM = Mn, Co, Ni, Cu e Ru no sitio cristalográfico do Fe e/ou pressão hidrostática. Para tal proposito, primeiramente sintetizamos amostras de alta qualidade através do método alternativo de fluxo metálico de In. A caracterização macroscópica dos compostos foi realizada através das técnicas experimentais de medidas de susceptibilidade magnética, calor especifico, resistividade elétrica em pressão ambiente e sob pressão hidrostática, além da caraterização estrutural através da difração de pó de raios-X. No que diz respeito a caracterização microscópica, a investigação experimental foi realizada através da técnica de ressonância de spin eletrônico (RSE) utilizando como provas os ons paramagnéticos de Eu2+ e Mn2+/Cu2+, além do estudo de absorção de raios-X (EXAFS) tanto na borda K do As quanto na borda do Fe. Dessa forma, foi possível investigar a dinâmica de spins no plano e fora do plano de FeAs e sua relação com as distorções locais do material. Nossos resultados evidenciam que a diminuição da distância Fe-As esta intimamente ligada a supressão da fase SDW e a localização das bandas 3d do Fe no plano Fe-As. O aumento do caráter orbital planar xy/x2 - y2 na superfície de Fermi parece ser um ingrediente propício para a emergência da supercondutividade nessa classe de compostos / Abstract: The microscopic understanding of the intricate interplay between magnetism and unconventional superconductivity is currently one of the great open questions in condensed matter physics. In particular, compounds with a tetragonal crystal structure seems to be favorable to the emergence of such phenomena. The intermetallic compounds BaFe2As2 and EuFe2As2 crystallize in the tetragonal ThCr2Si2-type structure (I 4/mmm) with FeAs sheets separated by barium/europium layers. Both compounds exhibit a structural distortion accompanied by a magnetic spin-density wave (SDW) phase transition at TSDW = 140 K and TSDW = 190 K, respectively. Remarkably, this SDW phase can be tuned toward a superconducting state by substitution and applied pressure. In this thesis, we will present a systematic study of the intermetallic tetragonal compound BaFe2As2 as a function of three parameters: Eu substitution in the Ba crystallographic site, transition metal (TM) substitution (TM = Mn, Co, Ni, Cu, and Ru) in the Fe site, and/or applied hydrostatic pressure. For this purpose, we have grown high-quality single crystals by the alternative In-ux method. The macroscopic characterization has been made by measurements of magnetic susceptibility, specic heat and electrical resistivity at ambient pressure and under hydrostatic pressure. Concerning the microscopic investigation, the experimental approach consists in using electron spin resonance (ESR) technique employing paramagnetic ions of Eu2+ and Mn2+/Cu2+ as probes in the Ba and FeAs planes, respectively and X-ray absorption spectroscopy (XANES and EXAFS) in both As and Fe K edges. In this manner, it was possible to study the site specific spin dynamics and its relation with local distortions in the material. Our results evidentiate that the decrease in the Fe-As distance is intimately related to the SDW phase suppression and to a localization of the Fe 3d bands in the FeAs plane. This increase in the planar xy/x2 - y2 orbital character at the Fermi surface appears to be a propitious ingredient to the emergence of superconductivity in this class of materials / Doutorado / Física / Doutora em Ciências

Please read the abstract in the section front of this document / Dissertation (MSc (Physics))--University of Pretoria, 2006. / Physics / unrestricted