Orientadores: Pascoal José Giglio Pagliuso, Ricardo Rodrigues Urbano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T14:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garitezi_ThalesMacedo_D.pdf: 27111125 bytes, checksum: d3a94f446fa3f67a500d9adc5f733dc0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Nesta tese, são abordadas duas principais classes de materiais: os supercondutores à base de ferro e arsênico (FeAs) e os isolantes topológicos tridimensionais. Os supercondutores à base de FeAs foram descobertos em 2008 e desde então despertaram grande interesse na comunidade científica como candidatos à supercondutividade não-convencional de alta temperatura. Dentre as várias estruturas à base de FeAs descobertas, em particular, a família BaFe2As2 (122) é uma das mais estudadas até o momento por ser um composto intermetálico possível de ser crescido com relativa facilidade e alta qualidade comparada às outras famílias. Este composto puro possui uma transição estrutural de tetragonal para ortorrômbica à uma temperatura Ts ? 139 K, e, diminuindo a temperatura, há uma transição magnética de paramagnético (PM) para uma ordem anti-ferromagnética tipo onda de densidade de spin (SDW, no inglês) em TSDW ? 134 K. Estas transições em Ts e TSDW são gradualmente suprimidas tanto por substituição química quanto por pressão aplicada, e, antes que sejam completamente suprimidas, supercondutividade é induzida. Nesta região onde a supercondutividade (SC) ainda está emergindo, há coexistência e/ou competição de SC e SDW, com a presença de momentos quase localizados do Fe. Estes momentos podem agir como centros eficientes de aprisionamento de vórtices (centros de pinning) que são suprimidos gradativamente por pressão aplicada, formando um efeito de pinning magnético que se manisfestaria na corrente crítica dessas amostras. Para estudar os possíveis efeitos de pinning magnético neste material, foram crescidas amostras com diferentes substituições químicas e realizados estudos de densidades de corrente crítica sob pressão e campos magnéticos aplicados. Enquanto observamos que a densidade de corrente crítica nas amostras estudadas é dominada pela evolução da temperatura crítica Tc, encontramos evidências indiretas para a presença de pinning magnético em nossas amostras, através da comparação da dependência com a pressão observada para a temperatura crítica supercondutora Tc e para a densidade de corrente crítica Jc. Quanto às transições estrutural e magnética, discute-se na literatura se nesses sistemas há dopagem eletrônica efetiva quando se realiza substituição química, ou se ocorre uma sintonização das propriedades pelo ajuste da geometria dos tetraedros de FeAs nos planos do material. Além disso, na faixa de temperatura entre Ts e TSDW, há certo debate se o material torna-se inteiramente ortorrômbico e PM, ou se há coexistência entre as fases tetragonal/PM e ortorrômbica/SDW. Neste trabalho, foram crescidos monocristais de Ba(Fe,M)2As2 (M = Co, Cu) e neles estudadas as transições estrutural e magnética e a fase entre elas utilizando técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN), difração de raios-X e calor específico. Nossos resultados sugerem que, independente do substituinte, não há dopagem eletrônica e que a geometria nos planos de FeAs regula as propriedades do material. Além disso, mostramos que, de fato, existe coexistência entre as fases tetragonal/PM e ortorrômbica/SDW nas amostras. Estes resultados corroboram nossas próprias observações em amostras de (Ba,K)Fe2As2, o que também indica a independência dos resultados com o tipo, concentração e localização dos átomos substituintes na matriz 122. Os isolantes topológicos (ITs) são uma nova classificação da matéria proposta teoricamente e observada experimentalmente em 2006, e consistem de maneira simplificada em materiais que são isolantes de banda em seu volume, porém possuem estados de superfície metálicos robustos. As propriedades exóticas destes estados de superfície tornam estes materiais candidatos a aplicações em computação quântica e spintrônica. Muitas famílias foram propostas como ITs e estudadas recentemente, em particular a família 23 ((Bi,Sb)2(Se,Te)3) e a família dos half-Heuslers, que são o foco desta Tese. Porém, ainda há muitos aspectos destes materiais que não estão bem determinados, como por exemplo a penetração dos estados de superfície, e sua resposta a campos magnéticos e a radiações incidentes. Neste trabalho, sintetizamos cristais dos ITs da família 23 e o half-Heusler YBiPt, e os estudamos utilizando a técnica de ressonância de spin eletrônico (RSE). Para o YBiPt dopado com Nd3+, observamos um comportamento da forma de linha nãoconvencional do espectro de RSE do Nd3+, onde a forma da linha depende fortemente da potência da micro-ondas, das dimensões da amostra e da concentração de Nd3+. A este comportamento não convencional atribuímos a presença de um efeito de fônon bottleneck e à presença dos estados de superfície. Para o Bi2Se3, nossos resultados preliminares sugerem que os estados de superfície têm uma interação maior com as sondas de Gd3+ abaixo de 40 K, e que estes estados de superfície possuem caráter de orbitais p / Abstract: In this thesis, two main material classes are studied: the iron arsenide (FeAs) superconductors and the three-dimensional topological insulators. The FeAs based superconductors were discovered in 2008 and since then have aroused great interest in the scientific community as possible unconventional high-temperature superconductors. Amongst the many FeAs bases structures that were discovered until now, the BaFe2As2 (122) family is one of the most studied for being an intermetallic compound which can be grown with reasonable ease and high quality when compared to other families. This pure compound presents a structural transition at Ts ? 139 K from tetragonal to orthorhombic, and a magnetic transition at a lower TSDW ? 134 K from paramagnetic (PM) to a spin density wave (SDW) anti-ferromagnetic order. Both transitions at Ts and TSDW are gradually suppressed by either chemical substitution or applied pressure, and, before both are completely suppressed, superconductivity emerges. In this region where superconductivity (SC) is still emerging, there is coexistence and/or competition between SC and SDW order, with the presence of Fe quasi-localized magnetic moments. Those moments may act as efficient pinning centers that are gradually suppressed by applied pressure, producing a magnetic pinning effect that would manifest itself in the critical currents of such samples. To study magnetic pinning effects in the 122 family, samples with different chemical substitutions were grown, and critical current density studies were performed under applied pressure and magnetic fields. While the behavior of critical current densities is dominated by the evolution of critical temperature Tc with pressure, we have found indirect evidences for the presence of magnetic pinning in our samples. Regarding the structural and magnetic transitions, there are evidences that, in the 122 system, there is no effective electronic doping when a chemical substitution is performed but a tuning of the system properties by the geometric configuration of FeAs tetrahedra in the material. Also, there is some debate if in the temperature range between Ts and TSDW the material becomes completely orthorhombic and PM, or if there is coexistence of tetragonal/PM and orthorhombic/SDW phases. In this work, Ba(Fe,M)2As2 (M = Co, Cu) single crystals were grown and their structural and magnetic transitions were investigated by nuclear magnetic resonance (NMR), X-ray diffraction and specific heat. Our results show that there is no effective electronic doping induced by any of the substitutions, and that it is the geometric configuration of FeAs tetrahedra that tunes the system properties. Also, we have shown that there is coexistence between tetragonal/PM and orthorhombic/SDW phases in these samples. The results confirm our previous observations made in (Ba,K)Fe2As2, which also indicates that our results do not depend on the type, concentration and placement of substituted atoms in the 122 matrix. Topological insulators (TIs) are a new class of condensed matter which was proposed theoretically and experimentally observed in 2006. They are, in a simplified view, materials which are band insulators in the bulk, but possess roubst intrinsic metallic surface states. The exotic properties of those surface states make these materials possible candidates in quantum computing and spintronic applications. Many different materials were proposed as TIs and recently studied, in particular the 23 family ((Bi,Sb)2(Se,Te)3) and the half-Heusler family, which are the focus of this thesis. Yet, there are several aspects of these materials which are not yet fully understood, such as the penetration of the surface states, and their response to magnetic fields and incident radiation. In this work, single crystals of the 23 and half-Heusler families were grown, and were studied by electronic spin resonance (ESR). For YBiPt, we observed an anomalous lineshape behavior, to which we attribute a phonon bottleneck effect and the presence of the surface states. For Bi2Se3, our preliminary results indicate that the surface states have an enhanced exchange interaction with the Gd3+ magnetic probes below 40 K, and that those surface states have a p-orbital character / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T15:46:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriano_Cris_D.pdf: 6784336 bytes, checksum: d7c200af40255398764228130bc8b93d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta estudos sistemáticos das propriedades magnéticas dos compostos Ce2MIn8 (M = Rh, Ir) dopados com Cd, Sn e Ga no sítio cristalográfico do In. Foram utilizadas as técnicas de medidas macroscópicas de susceptibilidade magnética, calor específico e resistividade elétrica, além de medidas de caracterização estrutural pelo método de difração de pó de raios-x e medidas microscópicas da determinação da estrutura magnética usando a técnica de espalhamento magnético de raios-x e nêutrons para os compostos dopados com Cd. Os compostos Ce2MIn8 (chamados de 218) são tetragonais (grupo espacial P4/mmm) e são a versão bi-camada da família de férmions pesados supercondutores Cem MnIn3m+2n(M = Co, Rh, Ir; m = 1,2; n = 0,1), na qual os compostos do tipo CeMIn5 (chamados de 115) foram muito estudados por apresentarem uma variedade de propriedades físicas interessantes, tais como efeito Kondo, supercondutividade não convencional, ordenamento magnético, comportamento non-Fermi-Liquid, e ocorrência de pontos críticos quânticos. Mais interessante ainda é o fato de que estas propriedades podem ser controladas por dopagem, pressão externa e/ou campo magnético gerando diagramas de fases bastante interessantes. O objetivo de se estudar os parentes Ce2MIn8 é entender o papel da dimensionalidade nas propriedades físicas destes compostos e comparar os resultados encontrados com aqueles observados para os 115. Foram construídos os diagramas de fase inéditos para as séries de Ce2RhIn8-xCdx, Ce2IrIn8-xCdx, C e2Rh0.5Ir0.5In8-xC dx, Ce2RhIn8-xSnx e Ce2RhIn8-xGax a partir de dados obtidos utilizando as técnicas mencionadas acima. Foi visto que a dopagem de Cd nos compostos Ce2MIn8 favorece o AFM através do aumento da TN em função da concentração de Cd. Os resultados sugerem que o Cd está agindo de modo a diminuir a densidade de carga local e isso está favorecendo o ordenamento magnético. Porém, resultados da variação da temperatura do máximo da resistividade elétrica em função da concentração de Cd, sugerem que efeitos de campo cristalino também estão presentes nestes compostos. A estrutura magnética dos compostos de Ce2RhIn8-xCdx e C e2IrIn8-xCdx dopados com x = 2.6 % de Cd foram estudados em baixas-T e encontrou-se um vetor de propagação do tipo (½ ½ 0) consistente com ordenamento AFM abaixo de TN. Verificou-se que a orientação do momento magnético tende a ir na direção do plano-ab com dopagem de Cd nestes compostos. A substituição de In por Sn nos compostos de Ce2MIn8 mostrou que esta dopagem está desfavorecendo o ordenamento magnético através da diminuição do valor da TN em função da concentração de Sn. Os resultados sugerem que o Sn está favorecendo o efeito Kondo e que efeitos de campo cristalino são menos observáveis nos compostos dopados com Sn. Foi visto que a dopagem com Ga no sítio do In igualmente diminui a temperatura de ordenamento magnético e favorece o efeito Kondo. Porém, os resultados sugerem que efeitos de campo cristalino estão presentes pela variação não usual da temperatura do máximo das curvas de resistividade elétrica em função da dopagem com Ga. Neste trabalho também são apresentados estudos da evolução do magnetismo dos elétrons 4f, em compostos relacionados que não são férmions pesados para R2CoGa8, para R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er e Tm. Nestes compostos podemos observar a evolução do magnetismo e dos efeitos de campo cristalino sem a presença do efeito Kondo / Abstract: This thesis describes the investigation of the physical properties of the (Cd, Sn, Ga)-doped Ce2MIn8 (M = Rh, Ir) intermetallic compounds. Temperature dependent magnetic susceptibility, heat capacity and electrical resistivity measurements were performed to characterize the macroscopic properties of the synthesized compounds. X-ray powder diffraction were used to determine their phase purity and crystal structure and X-ray and neutron magnetic scattering techniques were used to study the microscopic magnetic structure in low temperature. The Ce2MIn8 (M = Rh, Ir) compounds belong to the family of the heavy-fermions Ce-based compounds CenMIn3n+2 (M = Co, Rh, Ir; n = 1, 2), where the occurrence of unconventional superconductivity (USC) in many of its members has been motivating intense work in past few years. In particular these compounds present a wide range of interesting properties as Kondo effect, USC, magnetism, non Fermi liquid and Fermi liquid behavior and the occurrence of quantum critical points. Particularly interesting is the tunability of their ground state by pressure and chemical doping that revealed very interesting and rich phase diagrams with properties that are unprecedented for this class of compounds. Indeed the study of the 218 parent compounds is a great opportunity to further study the relationship between magnetism, USC and crystal structure in this family. We report in this work five unpublished phase diagrams of this family: Ce2RhIn8-xCdx, Ce2IrIn8-xCdx, Ce2Rh0.5Ir0.5 In8-xCdx, Ce2RhIn8-xSnx e Ce2RhIn8-xGax. Our results revealed that Cd-doping Ce2MIn8 enhances the antiferromagnetic ordering temperature as a function of the Cd concentration. The results suggest that the Cd-doping in these compounds is inducing an electronic tuning by locally decreasing the Ce 3+ density of states and this is favoring the AFM ordering according com a Doniach-like scenario. However the evolution of the maximum in the resistivity as a function of the Cd concentration and the small variation of the magnetic moment orientation of the doped compounds suggest that Cd-doping is also changing the crystal field (CEF) parameters in these compounds. The magnetic structure studied by X-ray and neutron magnetic scattering showed the Cd-doped samples present just below TN a commensurate antiferromagnetic structure with a propagation vector (½ ½ 0). The magnetic structure determination indicates that the magnetic moment orientation of the Cd doped samples tend going to the ab-plane. The Sn chemical substitution in Ce2MI n8 (M = Rh, Ir) showed Sn-doping is decreasing the magnetic order by favoring the Kondo effect. This is the opposite of the Cd-doping effect because Sn is now increasing the local density of states of the Ce3+ions. As Sn-doping drives 4f to a more itinerant character the CEF effect are less important for this compounds. On the other hand, the Ga-doped Ce2RhI n8 similarly show a decreasing of the magnetic order due to the enhancement of the Kondo effect by chemical pressure. However the unexpected evolution of the maximum in the resistivity as a function of the Ga suggests in this dopant is changing the crystal field is still an important effect in this compound. Finally we present the 4f magnetism evolution studies on the series of the Ga-based R2CoGa8 for R = Gd ¿ Tm compounds, where one can follow the evolution of the magnetism and the CEF parameters without the presence of the Kondo effect / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-07-04T18:17:13Z No. of bitstreams: 1 Estéfani M Pereira (Mestrado).pdf: 29753105 bytes, checksum: 975117286ae941fc4c80d8fb96a32de5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-04T18:17:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estéfani M Pereira (Mestrado).pdf: 29753105 bytes, checksum: 975117286ae941fc4c80d8fb96a32de5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Dois fenômenos de natureza antagônica juntos em um sistema híbrido podem apresentar propriedades muito diferentes, e um exemplo é o sistema híbrido de supercondutividade e ferromagnetismo, onde diversos novos fenômenos podem ser observados, como vórtices espontâneos. Aqui, dois sistemas híbridos supercondutor-ferromagneto foram estudados: Um consistindo de uma camada de Nb(200 nm) entre duas camadas de nanopartículas ferromagnéticas de Ni( ∼5 nm), preparadas por ablação a laser, com os gases Ar e O2 para produção das nanopartículas; O outro consiste de uma primeira camada feita de nanodiscos ferromagnéticos de Py( ∼1 m) desenvolvidos com litografia por feixe de elétrons, com uma disposição de rede quadrada com determinadas distâncias entre nanodiscos adjacentes, cobertos por uma segunda camada de Al2O3, ambos depositados por pulverização catódica, e por fim uma terceira camada supercondutora de Nb(200 nm) preparada por ablação a laser. As nanopartículas de Ni no primeiro sistema estão em contato direto com a camada de Nb e como resultado, o efeito de proximidade está presente no sistema. Diferentemente, os nanodiscos de Py no segundo sistema estão eletricamente isolados da camada de Nb, que pode eliminar o efeito de proximidade, assim a interação entre nanodiscos magnéticos e o Nb supercondutor ocorre somente através dos campos magnéticos remanescentes dos nanodiscos de Ni. A microestrutura estudada mostra que as nanopartículas feitas em gás Ar e O2 possuem formatos muito diferentes: uma (preparada em Ar) é cubica e a outra (preparada em O2) é esférica. Os diferentes formatos das nanopartículas de Ni apresentam influência muito diferente sobre as propriedades supercondutoras da camada de Nb: a amostra com nanopartículas de Ni(Ar) não apresenta uma transição de vortex vidro e a amostra com nanopartículas de Ni(O2) mostra um estado de vortex vidro bem claro sem qualquer campo magnético externo aplicado, indicado pelas medidas V(I). No segundo sistema, as medidas de transporte indicam a formação de clusters de vórtices na camada supercondutora sobre os nanodiscos magnéticos devido aos momentos magnéticos deles, e os vórtices induzidos por um único nanodisco podem formar uma fase de vortex vidro. A dimensão do espaçamento entre discos desempenha também um papel muito importante. A amostra com uma distância muito grande entre nanodiscos não mostrou uma curva V(I) com formato ’S’ mas possui uma fase vortex vidro; quando diminui a distância entre discos, as curvas V(I) próximas à temperatura de transição vortex vidro deformaram para um formato ’S’, indicando que os vórtices induzidos pelos diferentes nanodiscos estão interagindo uns com os outros quando as distâncias entre discos são menores do que um valor crítico. / Two phenomena with antagonistic nature together in a hybrid system can have very different properties and one of the samples is the hybrid of superconductivity and ferromagnetism in which many new phenomena can be observed, such as spontaneous vortices. Here two superconducting-ferromagnetic hybrid systems have been studied: one consists of a Nb layer(200 nm) between two layers of ferromagnetic Ni nanoparticles( ∼5 nm), which is prepared by pulsed laser deposition(PLD) with Ar and O2 for the production of Ni nanoparticles; the other consists of a first layer made of ferromagnetic permalloy (Py) nanodisks( ∼1 m)developed by e-beam lithography, with the arrangement of square lattice with certain distances between two adjacent nanodisks, covered by a second layer of Al2O3, both deposited by magnetron sputtering, and finally a third layer of superconducting Nb(200 nm) prepared by PLD. The Ni nanoparticles in the first system are in direct contact with the Nb layer and as a result, the proximity effect in the system is presented. In contrast, the Py nanodisks in the second system are electrically insulated from the Nb layer which can eliminate the proximity effect, thus the interaction between the magnetic nanodisks and superconducting Nb is through the magnetic stray fields of Ni nanodisks only. The microstructure study shows that the nanoparticles made in Ar and O2 gases have very different shapes: one (prepare in Ar) is cubic and the other (prepared in O2) is spherical. The different shapes of the Ni nanoparticles have very different influence on the superconducting properties of the Nb layer: the sample with Ni (Ar) nanoparticles does not show a vortex glass transition and the sample with Ni (O2) nanoparticles shows a very clear votex glass state without any external magnetic field applied, indicated by the V(I) measurements. In the second studied system, the transport measurements indicate the formation of vortex clusters in the superconducting layer on the top of the magnetic nanodisks due to the magnetic moments of them and the vortices induced by a single nanodisk may form a vortex glass phase. The spacing dimension between the disks plays a very important role as well. The sample with very large distance between the nanodisks does not show an ’S’ shape V(I) curve but has a vortex glass phase; when decrease the distance between the disks, the V(I) curves near the vortex glass transition temperature deformed to a ’S’ shape, indicating that the vortices induced by different nanodisks are interacting with each other when the distance between the disks are smaller then an critical value.

The present work covers the fabrication and electrical and magnetic investigation of LaNiO3- and LaMnO3- based superlattices (SL). In recent years, several interesting theoretical predictions have been made in these SLs, for example, Mott insulators, metal-insulator transitions, superconductivity, topological insulators, and Chern insulators. Motivated by the promising theoretical predictions, four kinds of SLs with different designed structures and orientations were systematically studied in this thesis. The samples were grown by pulsed laser deposition with in-situ reflection high-energy electron diffraction to monitor the two-dimensional layer-by-layer growth process. In order to ensure the high-quality of SLs, growth parameters were optimised. Characteristic methods like X-ray diffraction, atomic force microscopy, and transmission electron microscopy were used. These measurements proved the high-quality of the SLs and provided the basis for electrical and magnetic measurements. The first studied SL is the (001)-oriented LaNiO3/LaAlO3 SL, which was predicted as a superconductor in theory. Temperature-dependent resistivity measurements revealed a metal-insulator transition by lowering the dimensionality of the LaNiO3 layers in the SLs from three dimensions to two dimensions. The second studied SL is the (111)-oriented LaNiO3/LaAlO3 SL, which was predicted as a topological insulator in theory. The polarity-controlled conductivity was observed and the intrinsic conductivity mechanisms were discussed by means of appropriate modeling. The third studied SL is LaMnO3/LaAlO3 SL, which was predicted as a Chern insulator in theory. By lowering the temperature, a paramagnetic-ferromagnetic phase transition and a thermal activated behavior were observed in the SLs. The last studied SL is the LaNiO3/LaMnO3 SL, in which an exchange bias effect was expected. The studies reveal the exchange bias exists in three kinds of SLs with different orientations.

Neste trabalho foram realizadas medidas de transporte em campos magnéticos aplicados no intervalo 0 H 18 T em supercondutores granulares Sm2-xCexCuO4-y, x = 0.17 e 0.18, constituídos de ilhas supercondutoras embutidas em uma matriz isolante e pertencentes a uma transição do tipo supercondutor-isolante (SI). Amostras que apresentam coerência de fase supercondutora via acoplamento Josephson em temperaturas abaixo de TcJ mostraram ser sensíveis a aplicação de baixos campos magnéticos (0 < H 200 Oe) e os resultados de magneto-resistência R(T,H) permitiram concluir que 0 movimento de vórtices de Josephson e governado por uma energia de ativação intergranular do tipo UJ(T,H) (l-T/TeJ)(H-o.6). Foi ainda observado que a supressão da fase do parâmetro de ordem supercondutor ocorre preferencialmente nos contornos de grão nesses supercondutores granulares. Nas amostras constituídas de ilhas supercondutoras isoladas e pertencentes ao lado dielétrico de uma transição SI, observou-se urn aumento abrupto na resistência elétrica R(T,H = 0) abaixo da temperatura critica supercondutora Tci. A aplicação de campos magnéticos intensos promove a supressão da amplitude do parâmetro de ordem supercondutor e resulta em uma magneto-resistência negativa em T < Tci. Uma análise quantitativa do excesso de resistência elétrica R em T < Tci revela que em 0.6 (T/Tci) 1, R (T/Tci)-4 como previsto pela teoria semi-fenomenológica de dois-fluidos. Em temperaturas (T/Tci) < 0.6, as medidas de magneto-transporte mostraram ser sensíveis a alterações provocadas pela aplicação de campo magnético na rede de vórtices das ilhas supercondutoras. Estas alterações são discutidas dentro do cenário de óxidos supercondutores que apresentam alta anisotropia. / We have performed transport measurements in applied magnetic fields as high as 18 T on granular superconductors of Sm2-xCexCuO4-y; x = 0.17, 0.18. These materials are comprised of small superconducting islands embedeed in a non-superconducting host and belong to a superconductorinsulator transition (SI). Transport properties of samples which show longrange phase ordering through Josephson coupling below a given temperature Tci are very sensitive to applied magnetic fields as low as 200 Oe. The results of magnetoresistance R(T,H) enabled us to conclude that dissipation due to Josephson flux flow is governed by an intergranular activation energy given by UJ(T,H) (1-T/Tcj)(H-0,6). We have also observed that the phase of the superconducting order parameter is depressed at intergranular regions or more appropriately at the grain boundaries in these granular materials. In samples that superconducting islands are essentially isolated, an abrupt increase of the electrical resistance R(T,H) below the superconducting transition temperature Tci occurs. The application of high magnetic fields suppresses the amplitude of the superconducting order parameter and an appreciable magnetoresistance below Tci is observed. A quantitative analysis of the excess of the electrical resistance R below Tci reveals that R (T/Tci)-4 ; 0.6 (T/Tci) 1; as predicted by the semi-phenomenological two-fluid theory of superconductivity. At temperatures (T/Tci) < 0.6 and under high applied magnetic fields, transport measurements showed to be very sensitive to changes in the dissipation of the vortex lattice of the isolated superconducting islands. These changes are discussed within a scenario of high anisotropic layered superconductors.

O estudo do sistema antiferromagnético diluído K2Fe1-xInxCl5.H2O com a finalidade de se estudar efeitos de campos aleatórios, mostrou o aparecimento de uma magnetização remanente (Mr) quando o composto é resfriado sujeito a um campo magnético externo. Esta magnetização remanente surge ao longo do eixo de fácil magnetização, abaixo de TN, para campos tão baixos quanto alguns mOe. A presença deste efeito foi observada também em outros compostos como por exemplo no Rb2Fe1-xInxCl5.H2O. A origem de Mr está provavelmente associada à presença de domínios antiferromagnéticos que se formam mesmo em campos muito baixos, e cujas paredes são presas por íons não magnéticos e defeitos. No caso do composto com rubídio, as paredes se encontram aparentemente menos presas, podendo levar a outros efeitos como a observação de fenômenos de relaxação magnética quando o campo em que a amostra é resfriada é retirado abaixo de TN. É sugerido neste trabalho que a magnetização remanente está provavelmente armazenada nas paredes de domínio formadas, já que o comportamento de Mr não segue aquele observado para a sub-rede antiferromagnética. Estudamos também o efeito da diluição na transição entre as fases antiferromagnética e spin-flop. Observamos a presença de uma histerese para o caso dos compostos K2Fe1-xInxCl5.H2O, além de um alargamento da transição. A presença destes efeitos está provavelmente associada à presença de uma fase mista onde as fases antiferromagnética e spin-flop coexistem em uma estrutura de domínios. No caso dos compostos Rb2Fe1-xInxCl5.H2O, de uma modo geral é observado apenas um alargamento da transição, sem o aparecimento de histerese. Neste caso, é possível a existência de uma fase intermediária induzida por campos aleatórios, similar àquela proposta por Aharony. As medidas de calor específico realizadas com e sem campo magnético externo aplicado no sistema (Nd1-xSmx)2CuO4 mostrou em todos os casos a presença de um máximo. Através do estudo do comportamento deste máximo, observamos a presença de duas regiões de diluição de comportamento distinto. Para x > 0.7, o comportamento é aquele observado para um sistema antiferromagnético simples diluído. A aplicação de campo neste caso, leva a uma pequena diminuição na temperatura em que o máximo ocorre. Para x < 0.7 temos que o efeito dominante é o mesmo que aquele observado para o caso do Nd2CuO4. O comportamento do Nd2CuO4 não é o de um antiferromagneto simples, já que as interações entre as sub-redes de Cu e de Nd levam a um “splitting” do estado de energia fundamental da sub-rede de Nd, e consequentemente a um comportamento do tipo Schottky no calor específico. / Magnetization measurements performed on diluted antiferromagnetic compounds K2Fe1-xInxCl5.H2O in order to study the Random Fields Ising Model revealed the existence of a remnant magnetization (Mr) when the sample is cooled below TN in an applied axial magnetic field. This remnant magnetization along the easy axis direction is observed in magnetic fields as low as a few mOe. Other diluted compounds, like Rb2Fe1-xInxCl5.H2O, also show the same behavior. The origin of this remnant magnetization is probably related to the presence of low field antiferromagnetic domains, which walls are pinned by non-magnetic ions and defects. For the Rb-based compound, the walls are probably not strongly pinned. In this case, when the field is turned off bellow TN relaxation effects are sometimes observed. It is suggested in this work that the remnant magnetization is stored in the domain walls, since the Mr behavior is quite different from the one observed for the antiferromagnetic sublattice. We have also studied the dilution effect in the spin-flop transition. It is possible to observe the presence of an anomalous widening and a hysteresis in the transition region for the K2Fe1-xInxCl5.H2O compound. These effects are probably related to the presence of a mixed intermediate phase, where the spin-flop and the antiferromagnetic phase coexist in a domain structure. For the Rb2Fe1-xInxCl5.H2O compound, it is usually observed just a widening of the transition, without hysteresis. In this case it is possible the existence of a random fields induced intermediate phase, similar to the one proposed by Aharony. Specific heat measurements performed with and without applied fields in samples of (Nd1-xSmx)2CuO4 showed the presence of a maximum at low temperatures in all samples studied. The Sm concentration (x) dependence of the temperature of this maximum showed two regions with different behavior. For x > 0.7, the specific heat curve is similar to the one observed in ordinary diluted antiferromagnetic compounds. The temperature of the maximum decreases with increasing applied magnetic field. On the other hand, for x < 0.7, the effect is similar to the one observed for the pristine Nd2CuO4. The Nd2CuO4 behavior is not the one observed in ordinary antiferromagnets, since the Nd-Cu interaction causes a splitting of the ground state level of the Nd sublattice and, consequently, a Schottky like behavior in the specific heat measurements.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:07:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 adalberto.pdf: 2643580 bytes, checksum: e1a556373c92d8f9719b0691629848d1 (MD5) Previous issue date: 2013-02-08 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The objective of this work is to present a proposal for a theoretical analysis of the theory of superconductivity together with an analysis of the Ginzburg-Landau equations in this context, in which the superconducting state is characterized by an order parameter, given by constructing a wave function Ψ (r, t) to describe the quantum behavior of particles and to show the knowledge of concept maps as a didactics tool. We will present the theoretical aspects of the phenomenon of superconductivity and its applications, and examples of conceptual maps including some models containing concepts of superconductivity. The specific objective is to use the maps as a conceptual study of physics theory in the academic, they are methodological tools to help in understanding the concepts with the interpretations, through hierarchical diagrams, shown in a conceptual framework. The research methods adopted are the development of the Ginzburg-Landau equations, the research that includes students enrolled in undergraduate courses in Physics, as individual basis and for last the implementation of a short course, with the participation of undergraduate and graduate students in physics and related areas, distributed in groups or individually to analyze the results. The survey instrument adopted for the last two methods, in order to obtain the scores for the students performance, will be a simple questionnaire, using pencil, black ballpoint pen and A4 paper, containing eleven questions in the first method and in the second method (short course) it will be ten conceptual questions (open or closed) about the concepts related to the topics provided by the instructor and finally it will be presented the analyzes of the results. / O objetivo deste trabalho é apresentar uma proposta de análise teórica da teoria da supercondutividade conjuntamente com uma análise das equações de Ginzburg-Landau neste contexto, em que um estado do supercondutor é caracterizado por um parâmetro de ordem, dado pela construção de uma função de onda Ψ(r,t) para descrever o comportamento quântico das partículas e mostrar o conhecimento de mapas conceituais como ferramenta didática. Serão apresentados os aspectos teóricos do fenômeno da supercondutividade e suas aplicações, e exemplos de mapas conceituais incluindo alguns modelos contendo conceitos da Supercondutividade. O objetivo específico é o de utilizar os mapas conceituais como um estudo da teoria Física no âmbito acadêmico, porque são instrumentos metodológicos para ajudar na compreensão dos conceitos com as interpretações, através de diagramas hierárquicos, mostrados em uma estrutura conceitual. Os métodos da pesquisa adotados são os de desenvolvimento das equações de Ginzburg-Landau, os da investigação que contarão com discentes matriculados nos cursos de graduação em Física, de forma individual e por ultimo a aplicação de um minicurso, com a participação de graduandos e graduados em Física e áreas afins, distribuídos em grupos ou individual para análise dos resultados. O instrumento de pesquisa adotado para estes dois últimos métodos, fins de obter os escores referentes ao desempenho dos discentes, será um questionário simples, utilizando lápis, caneta esferográfica preta e papel A4 contendo, no primeiro método onze questões e no segundo método (minicurso) dez questões conceituais (abertas ou fechadas) sobre os conceitos relacionados aos temas fornecidos pelo instrutor e finalmente, serão apresentados as análises dos resultados.

Este trabalho reporta a influencia da granularidade sobre a resistencia transversal em funcao da temperatura, RXY(T), medidas em amostras policristalinas dos sistemas supercondutores Bi2Sr2Ca-1-xPrxCu2O8+??e YBa2Cu3O7-?, e em monocristais de composicao Li0,9Mo6O17. Foi observada tensao nao nula na voltagem Hall, em campo magnetico aplicado nulo, nas proximidades da temperatura de transicao supercondutora (TC), para os tres sistemas em questao. A tensao Hall a campo zero se manifesta atraves de picos abaixo de TC, que esta relacionada com a componente longitudinal da resistencia e, por consequencia, com o carater granular das amostras. E apresentada tambem a existencia de uma assimetria no sinal Hall em campo magnetico aplicado. Estes comportamentos sao discutidos baseado no movimento de vortices e anti-vortices, de Josephson e Abrikosov no interior das amostras. Para monocristais de Li0,9Mo6O17 tambem foi observado efeito Hall a campo magnetico nulo. Alem do mais, uma nova relacao de anisotropia confirma o carater qause-unidmensional deste composto, mas mostra uma anisotropia menor do que aquela reportada previamente. Foi observado tambem que este material apresenta transicoes do tipo supercondutor-isolante (SIT) e metal- isolante (MIT) em temperaturas proximas ao zero absoluto. / This work reports the influence of the granularity on the transverse resistance as a function of temperature, RXY(T), in Bi2Sr2Ca1-xPrxCu2O8+??and YBa2Cu3O7-??polycrystalline samples, and Li0.9Mo6O17 single crystals. The effects of warming rate, temperature, applied magnetic field, and electrical current on the Hall resistance are reported. At zero magnetic field two peaks are observed in RXY(T) curves for the three compounds. The peaks are related to the double superconducting transition in the longitudinal component RXX(T) curves. In the superconducting and normal states no transverse voltage has been detected at zero magnetic field, as expected. The results are discussed within the framework of the motion of Abrikosov and Josephson vortices and anti-vortices. A new scaling relation between transverse and longitudinal voltages given by RXY ~ dRXX/dT has been confirmed. Regarding Li0.9Mo6O17 single crystals, Hall resistance at zero applied magnetic field was also observed. Furthermore, the results confirm the quasi-unidimensionality but show smaller anisotropic ratio than previously reported. Simultaneously, the result reveals that the Li0.9Mo6O17 is the first bulk superconducting compound exhibiting superconductor-insulator-transition (SIT) and metal-insulator-transition (MIT) behaviors.

Este trabalho reporta a influencia da granularidade sobre a resistencia transversal em funcao da temperatura, RXY(T), medidas em amostras policristalinas dos sistemas supercondutores Bi2Sr2Ca-1-xPrxCu2O8+??e YBa2Cu3O7-?, e em monocristais de composicao Li0,9Mo6O17. Foi observada tensao nao nula na voltagem Hall, em campo magnetico aplicado nulo, nas proximidades da temperatura de transicao supercondutora (TC), para os tres sistemas em questao. A tensao Hall a campo zero se manifesta atraves de picos abaixo de TC, que esta relacionada com a componente longitudinal da resistencia e, por consequencia, com o carater granular das amostras. E apresentada tambem a existencia de uma assimetria no sinal Hall em campo magnetico aplicado. Estes comportamentos sao discutidos baseado no movimento de vortices e anti-vortices, de Josephson e Abrikosov no interior das amostras. Para monocristais de Li0,9Mo6O17 tambem foi observado efeito Hall a campo magnetico nulo. Alem do mais, uma nova relacao de anisotropia confirma o carater qause-unidmensional deste composto, mas mostra uma anisotropia menor do que aquela reportada previamente. Foi observado tambem que este material apresenta transicoes do tipo supercondutor-isolante (SIT) e metal- isolante (MIT) em temperaturas proximas ao zero absoluto. / This work reports the influence of the granularity on the transverse resistance as a function of temperature, RXY(T), in Bi2Sr2Ca1-xPrxCu2O8+??and YBa2Cu3O7-??polycrystalline samples, and Li0.9Mo6O17 single crystals. The effects of warming rate, temperature, applied magnetic field, and electrical current on the Hall resistance are reported. At zero magnetic field two peaks are observed in RXY(T) curves for the three compounds. The peaks are related to the double superconducting transition in the longitudinal component RXX(T) curves. In the superconducting and normal states no transverse voltage has been detected at zero magnetic field, as expected. The results are discussed within the framework of the motion of Abrikosov and Josephson vortices and anti-vortices. A new scaling relation between transverse and longitudinal voltages given by RXY ~ dRXX/dT has been confirmed. Regarding Li0.9Mo6O17 single crystals, Hall resistance at zero applied magnetic field was also observed. Furthermore, the results confirm the quasi-unidimensionality but show smaller anisotropic ratio than previously reported. Simultaneously, the result reveals that the Li0.9Mo6O17 is the first bulk superconducting compound exhibiting superconductor-insulator-transition (SIT) and metal-insulator-transition (MIT) behaviors.

Neste trabalho foram realizadas medidas de transporte em campos magnéticos aplicados no intervalo 0 H 18 T em supercondutores granulares Sm2-xCexCuO4-y, x = 0.17 e 0.18, constituídos de ilhas supercondutoras embutidas em uma matriz isolante e pertencentes a uma transição do tipo supercondutor-isolante (SI). Amostras que apresentam coerência de fase supercondutora via acoplamento Josephson em temperaturas abaixo de TcJ mostraram ser sensíveis a aplicação de baixos campos magnéticos (0 < H 200 Oe) e os resultados de magneto-resistência R(T,H) permitiram concluir que 0 movimento de vórtices de Josephson e governado por uma energia de ativação intergranular do tipo UJ(T,H) (l-T/TeJ)(H-o.6). Foi ainda observado que a supressão da fase do parâmetro de ordem supercondutor ocorre preferencialmente nos contornos de grão nesses supercondutores granulares. Nas amostras constituídas de ilhas supercondutoras isoladas e pertencentes ao lado dielétrico de uma transição SI, observou-se urn aumento abrupto na resistência elétrica R(T,H = 0) abaixo da temperatura critica supercondutora Tci. A aplicação de campos magnéticos intensos promove a supressão da amplitude do parâmetro de ordem supercondutor e resulta em uma magneto-resistência negativa em T < Tci. Uma análise quantitativa do excesso de resistência elétrica R em T < Tci revela que em 0.6 (T/Tci) 1, R (T/Tci)-4 como previsto pela teoria semi-fenomenológica de dois-fluidos. Em temperaturas (T/Tci) < 0.6, as medidas de magneto-transporte mostraram ser sensíveis a alterações provocadas pela aplicação de campo magnético na rede de vórtices das ilhas supercondutoras. Estas alterações são discutidas dentro do cenário de óxidos supercondutores que apresentam alta anisotropia. / We have performed transport measurements in applied magnetic fields as high as 18 T on granular superconductors of Sm2-xCexCuO4-y; x = 0.17, 0.18. These materials are comprised of small superconducting islands embedeed in a non-superconducting host and belong to a superconductorinsulator transition (SI). Transport properties of samples which show longrange phase ordering through Josephson coupling below a given temperature Tci are very sensitive to applied magnetic fields as low as 200 Oe. The results of magnetoresistance R(T,H) enabled us to conclude that dissipation due to Josephson flux flow is governed by an intergranular activation energy given by UJ(T,H) (1-T/Tcj)(H-0,6). We have also observed that the phase of the superconducting order parameter is depressed at intergranular regions or more appropriately at the grain boundaries in these granular materials. In samples that superconducting islands are essentially isolated, an abrupt increase of the electrical resistance R(T,H) below the superconducting transition temperature Tci occurs. The application of high magnetic fields suppresses the amplitude of the superconducting order parameter and an appreciable magnetoresistance below Tci is observed. A quantitative analysis of the excess of the electrical resistance R below Tci reveals that R (T/Tci)-4 ; 0.6 (T/Tci) 1; as predicted by the semi-phenomenological two-fluid theory of superconductivity. At temperatures (T/Tci) < 0.6 and under high applied magnetic fields, transport measurements showed to be very sensitive to changes in the dissipation of the vortex lattice of the isolated superconducting islands. These changes are discussed within a scenario of high anisotropic layered superconductors.