No presente estudo, amostras policristalinas ricas em Ta e com estequiometrias Ta1-xZrx; x < 0.15; foram preparadas através da mistura apropriada dos elementos metálicos, os quais foram fundidos em forno a arco elétrico sobre uma placa de cobre refrigerada a água e sob atmosfera de argônio de alta pureza. Os padrões de difração de raios-X das ligas, como fundidas (as cast) e tratadas termicamente a 850 °C por 24 h, revelaram a ocorrência de uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrada bcc, tipo W, e parâmetros de rede que aumentam suavemente com o aumento do teor de Zr nas ligas. Medidas de susceptibilidade magnética dc, conduzidas nas condições de resfriamento da amostra em campo zero (ZFC) e do resfriamento com o campo magnético aplicado (FC), indicaram que supercondutividade volumétrica é observada abaixo de ~ 5.8, 6.9, 7.0 K em amostras com x = 0.05, 0.08, e 0.10, respectivamente. Essas temperaturas críticas supercondutoras são bastante superiores àquela observada no Ta elementar ~ 4.45 K. Medidas de resistividade elétrica na presença de campos magnéticos aplicados de até 9 T confirmaram a temperatura crítica supercondutora das amostras estudadas. O campo crítico superior Hc2 e o comprimento de coerência E foram estimados a partir dos dados de magnetorresistência. Os valores estimados de Hc2 foram de ~ 0.46, 1.78, 3.85 e 3.97 T, resultando em valores de E ~ 26.0, 13.6, 9.2 e 9.1 nm para as ligas as cast com x = 0.00, 0.05, 0.08 e 0.10, respectivamente. A partir dos dados experimentais do calor específico Cp das ligas, magnitudes estimadas do salto em Cp nas vizinhanças das transições supercondutoras indicaram valores maiores que o previsto pela teoria BCS. Utilizando as equações analíticas derivadas da teoria do acoplamento forte da supercondutividade foi então proposto que o aumento da temperatura de transição supercondutora nas ligas devido a substituição parcial do Ta por Zr está intimamente relacionado ao aumento do acoplamento elétron-fônon, visto que a densidade de estados eletrônicos no nível de Fermi foi estimada ser essencialmente constante através da série Ta1-xZrx com x < 0.10. / In the present study, polycrystalline samples of Ta-rich binary alloys with stoichiometry Ta1-xZrx; x < 0.15; were prepared by mixing appropriate amounts of the metallic elements which were arc-melted on a water-cooled hearth under high-purity argon atmosphere. The X-ray diffraction patterns of the as cast alloys and heat treated ones at 850 °C by 24 h revealed the occurrence of the body-centered cubic crystal structure bcc, type W, and lattice parameters that increase slightly with increasing Zr content. Magnetic susceptibility measurements dc, performed in zero-field cooling ZFC and field cooling FC processes, indicated that bulk superconductivity is observed below ~ 5.8, 6.9, and 7.0 K, in samples with x = 0.05, 0.08, and 0.10, respectively. These superconducting critical temperatures are higher than that of ~ 4.45 K found in elemental Ta. Electrical resistivity measurements under applied magnetic fields to 9 T corroborated the superconducting critical temperatures for the samples studied. The thermodynamic upper critical field Hc2 and the coherence length E were estimated from the magnetoresistance data. The estimated values of Hc2 were 0.46, 1.78, 3.85, and 3.97 T, leading to E 26.0, 13.6, 9.2, and 9.1 nm for the as cast alloys with x = 0.00, 0.05, 0.08, and 0.10, respectively. In addition to this, from the results of heat capacity Cp data, jumps in the vicinity of the superconducting transition were estimated and found to be larger than the one expected from the BCS theory. By using analytic equations derived from the strong coupling theory of superconductivity we argued that the enhancement of Tc in alloying Ta with Zr is due to the increase of the electron-phonon coupling, provided that the density of states in the Fermi level was found to be essentially constant in the series Ta1-xZrx; x < 0.10.

Neste trabalho estudamos uma rede hexagonal com uma cadeia de impurezas nas bordas e com supercondutividade induzida, de forma a mostrar a existência de fases com férmions de Majorana. Para tal, começamos introduzindo invariantes topológicos, número de Chern e Z2 e mostramos dois modelos para rede hexagonal. O primeiro, modelo de Haldane, fazemos como motivação histórica. O segundo, modelo de Kane-Mele, é usado como base para todo o trabalho. Seguimos introduzindo supercondutividade e como ela ocorre quando aplicada junto do Modelo de Kane-Mele, o método auto-consistente e quais as condições necessárias para termos supercondutividade apenas nas bordas. Continuamos com efeitos de impurezas magnéticas nas bordas e introduzimos férmions de Majorana que são os alvos principais dos resultados. Mostramos então, que existe fases topológicas em cadeias de impureza magnética, com momentos em espiral, contudo o diagrama de fase depende de várias condições. Por fim, mostramos que a variação da fase topológica se deve a oscilações nos níveis de energia em que o invariante topológico também varia, contrariando resultados obtidos para a rede quadrada. Concluímos esse trabalho com implicações experimentais desse resultado e possíveis caminhos que podem ser seguidos. / In this work, we study a honeycomb lattice with induced superconductivity and edge impurity in order to show the existence of a phase that host Majorana bound state. To do so, we start introducing topological invariants, Chern number and Z2, and we show two models for honeycomb lattice. The first, Haldane\'s Model, due its historical importance. The second, Kane-Mele model, because it will be used during all this work. Then we review superconductivity, showing the self-consistent method, and we apply it to Kane-Mele model, in which we find some necessary conditions to induce superconductivity only at the edges. From this point, we study the effect of magnetic impurities at the edges, and we introduce Majorana bound state, that will be the main objective of our results. In our results, we show the existence of topological non-trivial phases for spiral magnetic chain in the zigzag edge. With this we make a phase diagram. We also find oscillation in the energy spectrum and the topological phase changes with the oscillation, this is different from square lattice in which we should not have a change in the topological phase. We conclude this work with experimental implications of our result and possible developments.

Desde a descoberta dos supercondutores com alta temperatura crítica, muitos estudos têm sido realizados em tomo de suas propriedades fisicas, tentando associá-Ias à supercondutividade. Átomos de oxigênio dissolvidos intersticialmente têm um papel importante na supercondutividade destes materiais, pois são capazes de mover-se com facilidade dentro da rede além de contribuírem na criação de buracos nos planos de CUO2. As medidas de atrito interno são ferramentas sensíveis ao estudo de defeitos em sólidos, em particular a mobilidade de oxigênio intersticial. Neste trabalho, foram analisadas amostras de Bi2Sr2CaCu2O8+&#948; da maneira como foram recebidas, recozidas e dopadas com diferentes concentrações de oxigênio não estequiométrico. Foram efetuadas medidas de espectroscopia anelástica utilizando um pêndulo de torção invertido tipo Kê, operando com freqüência de oscilação de 11 a 30 Hz, num intervalo de temperatura compreendido entre 88 e 700 K, com taxa de aquecimento de 1 K/min e vácuo em tomo de 10-5 Torr. Foram observadas estruturas de relaxação complexas para as amostras recozidas, que são reversíveis apenas com novos tratamentos de recozimento, atribuídas a possíveis transições de fase estruturais. Para as amostras dopadas com oxigênio, foram observadas estruturas de relaxação que foram atribuídas ao movimento de átomos intersticiais de oxigênio nos planos de BiO. Foi observada também uma relação entre a intensidade dos processos de relaxação e a concentração dos intersticiais presentes nestas amostras. / Since the discovery of the high critical temperature superconductors many studies have been carried out intending to associate their physical properties to the superconductivity mechanisms. The oxygen atoms interstitially dissolved in its structure have an important role in the superconductivity of these materiaIs since they have high mobility capable to move through the net contributing to the generation of holes along the CUO2 plans. The internal friction measurements are a sensitive tool to the study of defects in solids, in particular the mobility of interstitial oxygen. In this work, it had been analyzed samples of Bi2Sr2CaCu2O8+&#948; in the as received condition, annealed and doped with different concentrations of not stoichiometric oxygen. The anelastic spectroscopy measurements were made using a torsional inverted pendulum of the Kê type, operating with oscillation frequency between 11 and 30 Hz, the applied temperatures are in the range between 88 and 700 K, with heating rate about 1 K/min and vacuum better than 10-5 Torr. Complex structures of relaxation had been observed for the annealed samples, they are reversible only with new annealing treatments. These structures were attributed to possible structural phase transitions. For the oxygen doped samples, the relaxation structures had been attributed to the mobility of interstitial oxygen atoms in the plans of BiO. On these measurements was also observed a relation between the intensity of the relaxation processes and the concentration ofthe interstitial oxygen in these samples.

Neste trabalho investigamos a fusão entre estados ligados de Majorana em nanoestruturas compostas por um ponto quântico conectado a contatos metálicos e acoplado lateralmente a dois fios quânticos supercondutores que sustentam modos de Majorana em suas pontas. Modelando cada fio quântico por uma cadeia de Kitaev, nós adotamos duas abordagens: inicialmente usando as funções de Green do ponto obtidas através do método recursivo calculamos a condutância e a densidade local de estados (LDOS), posteriormente diagonalizamos o sistema no formalismo de Bogoliubov-de Gennes (BdG) e obtemos o espectro completo dos autoestados. Como descrito em (1), o LDOS do ponto quântico acoplado a uma única cadeia de Kitaev mostra claramente o vazamento do modo de Majorana inicialmente presente na ponta da cadeia para o ponto quântico, onde este modo surge fixo na energia de Fermi dos contatos metálicos (&epsilon;&fnof;). A condutância de dois terminais medida através do ponto mostra uma assinatura dos estados de Majorana neste sistema, uma ressonância fixa mesmo quando o nível do ponto está vazio ou não. Interessante ressaltar que mesmo na presença de interações no ponto essa assinatura de Majorana é válida como mostrado em (2). Motivados por estes resultados anteriores estamos particularmente interessados em investigar a hibridização (aqui denominada de fusão) entre dois modos de Majorana resultando em um modo fermiônicos ordinário dentro do ponto quântico. Nossos resultados demonstram que controlando a diferença de fase supercondutora entre os fios e a voltagem de gate do ponto quântico somos capazes de controlar a emergência e fusão dos modos de Majorana. Além disso nós reforçamos a proposta de se utilizar o efeito Josephson a.c. de período 4&pi; para identificar os modos de Majorana pela reprodução dos resultados obtidos por (3). / In this work we investigate the fusion between Majorana bound states in nanostructures composed of a quantum dot connected to source and drain leads and side coupled to two topological superconducting nanowires sustaining Majorana end modes. Modeling the nanowire via a Kitaev chain, we have used two approaches: first using a recursive Greensfunction approach we calculate the conductance and local density of states (LDOS) and then by the diagonalization using the Bogoliubov-de Gennes (BdG) formalism we obtain the full spectrum of eigenstates. As described in (1) the LDOS of quantum dot coupled to a single wire clearly shows a leakage of the Majorana end mode from the wire into the dot, where it emerges as a unique dot level pinned to the Fermi energy of the leads (&epsilon;&fnof;). The calculated two-terminal conductance through the dot displays an unambiguous signature of the Majorana bound states, i. e., a pinned resonance occurring even when the dot level is far above &epsilon;&fnof; . Interestingly this Majorana signature remains even in the presence of interactions within the dot as showed in (2). Motivated by these earlier results we are particularly interested to investigate the fusion of Majonana end modes into ordinary fermionic modes within the dot. Our results demonstrate that by tuning the superconducting phase difference between the wires and the quantum-dot gate voltage we are able to control the emergence and splitting of Majorana modes. Furthermore we reinforce the proposal of using the 4&pi; periodic a.c Josephson effect to identify Majorana modes by reproducing the results obtained by (3).

Orientadores: Edson Moschim, Oscar Ferreira de Lima / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T22:58:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_KleberBetini_M.pdf: 5146160 bytes, checksum: 696a41837ed744dda41722755ffb45c3 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Desde a descoberta do fenômeno da supercondutividade no diboreto de magnésio (MgB2) no ano 2001, a dinâmica dos vórtices neste material tem sido muito estudada, pois este fenômeno pode causar a destruição do estado supercondutor. Este trabalho tem o objetivo de avaliar o impacto no aprisionamento dos vórtices e analisar o comportamento da densidade de corrente crítica (Jc) em amostras de MgB2 misturadas com nanopartículas de níquel (Ni) em várias proporções. As amostras foram preparadas no National Physical Laboratory (Índia). Os pós de Mg e B foram misturados em proporções estequiométricas e mantidos em uma atmosfera de argônio (Ar) por 5h a 800 ºC. Em seguida, foram misturadas as nanopartículas de Ni com 0,5%, 1%, 2%, 3% e 5% em relação à massa da amostra de MgB2. A seguir elas foram homogeneizadas, prensadas e sinterizadas. Foram realizadas medições, em um sistema PPMS (Physical Property Measurement System) da Quantum Design, do: a) momento magnético em função da temperatura, para a determinação da temperatura crítica Tc das amostras; e b) momento magnético DC em função do campo magnético aplicado, para determinar o laço de histerese magnética das amostras. Com auxilio do Modelo de Bean foi determinada a corrente crítica Jc. Através de técnicas de mapeamento por imagem foram analisados: a) os domínios magnéticos presentes na amostra, através das técnicas de Microscopia de Força Atômica e de Força Magnética (AFM/MFM); e b) a granulometria média e homogeneidade, pela técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura com detecção de Energias dos Raios-X Dispersos (MEV-EDX). Com o auxílio da Difração de Raios-X (DRX) foi analisada a formação da matriz de MgB2 e sua alteração com as adições do Ni, a formação de novos compostos e a presença de contaminantes. Através do nosso estudo podemos observar que as nanopartículas de Ni causaram o aprisionamento dos vórtices de Abrikosov, gerando um aumento na densidade de corrente crítica do MgB2. Apesar de uma pequena fração de Ni ter sido dissolvido na estrutura cristalina do MgB2, a degradação da temperatura crítica causada não é relevante frente ao aumento de Jc / Abstract: Since the discovery of the phenomenon of superconductivity in magnesium diboride (MgB2) in the year 2001, the vortex dynamics in this material has been widely studied, because this phenomenon can cause the destruction of the superconducting state. This study intends to assess the impact on the pinning of vortex and the behavior of the critical current density (Jc) in samples of MgB2, mixed with nickel nanoparticles in many proportions. Samples were prepared at the National Physical Laboratory (India). The Mg and B powders were mixed in stoichiometric proportion and maintained in an atmosphere of argon (Ar) for 5h at 800 °C. Then, they were mixed with the Ni nanoparticles in fractions of 0.5%, 1%, 2%, 3% and 5% of the mass of the sample. After they were homogenized, pressed and sintered. The following measurements were performed in a PPMS (Physical Property Measurement System) of Quantum Design: a) magnetic moment as a function of temperature, for determining the critical temperature Tc of the samples, and b) DC magnetic moment as a function of applied magnetic field, to determine the magnetic hysteresis loop of the samples. Using the Bean Model the critical current (Jc) was determined. Through techniques of image mapping there were analyzed: a) the magnetic domains present in the sample, through the techniques of Atomic Force Microscopy, and Magnetic Force (AFM / MFM), and b) the average grain size and uniformity by the technique of Scanning Electron Microscopy with the detection of dispersive X-ray energies (SEM-EDX). With the aid of X-Rays Diffraction (DRX) there has been examined the formation of the matrix MgB2 and the effects of Ni additions, the formation of new compounds and the presence of contaminants. Through our study we could observe that the Ni nanoparticles of lead to the pinning of Abrikosov vortices, generating an increase in the critical current density of the MgB2. Despite a small fraction of Ni that was dissolved in the crystal structure of MgB2, the degradation of the critical temperature is not relevant in face of the Jc increase / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Iakov Veniaminovitch Kopelecith / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:04:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baring_LuisAugustoGomes_M.pdf: 14567195 bytes, checksum: 7a1e5edce6c8f77169b6643a7a7f0e21 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: No presente trabalho, estudamos as propriedades físicas de amostras de bismuto, material que, quando na forma romboédrica, não é supercondutor, mas que pode apresentar supercondutividade quando na forma de filmes ou quando se apresenta em outra estrutura (cúbica, por exemplo), obtida sob pressão, ou, ainda, em sua forma amorfa. Observamos supercondutividade em um pó virgem de bismuto e em amostras preparadas a partir desse pó, mediante tratamento térmico. Dada a pequena fração volumétrica a que corresponde a fase supercondutora acreditamos que a supercondutividade ocorra em uma fração das amostras possivelmente relacionada à sua superfície. Mais interessante é que a supercondutividade é fortemente dependente das condições de tratamento térmico (as amostras preparadas a partir do pó de bismuto virgem podem apresentar supercondutividade ou não). Também realizamos medidas de magnetotransporte em uma amostra monocristalina de bismuto, confirmando certas observações já a feitas anteriormente, como a ocorrência de uma transição metal-isolante induzida por campo magnético / Abstract: In this work we study the physical properties of bismuth samples. Crystalline bulk bismuth, in the rhombohedral phase, is not superconducting, but, in the cubic phase, for example (obtained under pressure), in films and in the amorphous phase, may present superconducting transition. We observed superconductivity in a bismuth virgin powder and in samples prepared upon annealing this powder. Due to the small volumetric superconducting fraction we suspect that the superconductivity is related to the sample's surface. Moreover, the superconducting properties are strongly dependent upon the annealing conditions (these samples may be either superconducting or not). We also performed magnetotransport measurements in a single-crystalline bismuth sample and observed a characteristic feature of this material, namely, metal-insulator transition driven by applied magnetic field / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Este trabalho visa dar uma importante contribuição à pesquisa de novos materiais, através da determinação de condições otimizadas para obtenção pela técnica LHPG de fibras monocristalinas de compostos óxidos. Com esse objetivo fibras foram obtidas com êxito para compostos que podem ser utilizados como meios ativos para lasers de estado sólido (CaNb2O6 e GdTaO4), em aplicações de óptica de raios X (cristais gradientes dos sistemas GdTaO4-ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4) e também compostos que apresentam supercondutividade (EuNbO3, Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5). A preparação dos pedestais se mostrou uma etapa muito importante na preparação das várias fibras. A caracterização estrutural por técnicas de difração de raios X mostrou que fibras monocristalinas de CaNb2O6 e GdTaO4 podem ser obtidas rapidamente e com alta qualidade cristalina sendo altamente adequadas para aplicações em óptica. Adicionalmente resultados de medidas espectroscópicas mostraram que as fibras CaNb2O6 dopadas com Nd+3 são boas candidatas para desenvolvimento de micro-lasers. Monocristais com gradiente controlado de parâmetro de rede foram obtidos pela primeira vez para os sistemas GdTaO4- ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4. A estratégia aplicada aqui possibilitou a obtenção de um gradiente composicional e de parâmetros de rede com ótima linearidade. Para o sistema GdTaO4- ErTaO4 foi obtido um gradiente de espaçamento de rede de 1,24%/cm para a reflexão (4 -4 4). Para os cristais GdTaO4- ErTaO4 um gradiente de 2,9%/cm para a reflexão (6 -4 0) foi obtido, sendo este o maior valor já observado em cristais gradientes. Através de uma inovação, utilizando Nb metálico em pó na preparação dos pedestais, fibras do composto EuNbO3 foram obtidas pela primeira vez, ao nosso conhecimento, através de uma técnica utilizando fusão. A aplicação desta mesma inovação buscando a obtenção de fases com esta mesma estrutura para outras terras raras, proporcionou a descoberta de três fases inéditas, Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5. A estrutura destas novas fases foi determinada e através de caracterizações magnéticas e elétricas iniciais observou-se que estas apresentam supercondutividade com temperaturas de transição, Tc, iguais a 12,5K, 6,5K e 14,9K respectivamente para Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5 / This work aims to give an important contribution to the research of new materials, by determining optimized conditions for obtaining of single crystal fibers of oxide compounds by LHPG technique. With this objective fibers were successfully obtained for compounds which can be used as solid state lasers (CaNb2O6 e GdTaO4), for X-ray optics applications (gradient crystals of GdTaO4-ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4 systems) and also as superconducting compounds. The preparation of the pedestals was a very important stage in the obtaining of the various fibers, with influence in growth experiments and quality of the fibers. The structural characterization by X-ray diffraction techniques showed that CaNb2O6 and GdTaO4 single crystal fibers presenting high crystalline quality can be quickly obtained. These fibers can be highly suitable for optics applications. In addiction the results of spectroscopic measurements showed Nd+3 doped CaNb2O6 fibers are good candidates for development of micro-lasers. Single crystals with controlled lattice parameter gradient were obtained for the first time for GdTaO4- ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4 systems. The applied approach in here enabled to obtain a compositional and lattice parameters gradient presenting optimized linear behavior. For the GdTaO4- ErTaO4 system a lattice spacing gradient of 1.24%/cm for (4 -4 4) reflection was obtained. For GdTaO4-YbTaO4 crystals a gradient of 2.9%/cm was observed. This is the largest value of lattice spacing gradient up to this moment. By an innovation, using metallic Nb in the form of powder in preparing the pedestals, fibers of the EuNbO3 compound were obtained, being the first report by a fusion technique. The application of this innovation to obtain phases with this structure for others rare earth enabled the discovery of three new phases, namely Yb2NbO5, Sm2NbO5 and Er2NbO5. The structure of these new phases was determined and by magnetic and electric characterizations it was observed that the phases are superconductor materials with transition temperatures, Tc, equals to 12,5K, 6,5K and 14,9K respectively for Yb2NbO5, Sm2NbO5 and Er2NbO5. compounds

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-07-11T19:06:37Z No. of bitstreams: 1 2014 - Felipe Lins de Brito Costa.pdf: 10547073 bytes, checksum: 0db71097b060ba2ce1101269627ea620 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-11T19:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014 - Felipe Lins de Brito Costa.pdf: 10547073 bytes, checksum: 0db71097b060ba2ce1101269627ea620 (MD5) Previous issue date: 2014-10-13 / Companhia Energ?tica de Minas Gerais / In recent years a signi?cant number of devices have been produced based on computatio-nal simulations by providing information necessary for their physical construction. Many of these simulations use the so-called Finite Element Method (FEM), whose basic idea is to divide the problem domain into sub-regions, where it is possible to describe a con-tinuous medium from its discretization into elements with the same properties of whom originated. In the speci?c case of problems involving electromagnetic concepts, the FEM appears to be quite e?cient, mainly due to the complexity of determining an analytic solution in some situations or even when it is impossible to determine it. Within the electromagnetic phenomena, the numerical analysis based on the FEM has been shown in recent years as a powerful tool for studying the behavior characteristics of the conductors and superconductors, when traversed by a current. Therefore, in this work we use the tools of computer modeling and simulation, with the aim of understanding the electro-magnetic characteristics of the superconductor YBCO and its power dissipation (AC loss) when traversed by an alternating current. To study the behavior of the electrical properties of materials, a simulation was perfor-med using the FEM based on the electromagnetic characteristics involved in the problem. Due to its complexity, we chose to solve the problem using the Comsol Multiphysics 4.3a c?commercial package. Our study was conducted in the following set of steps: (1) At the ?rst step, we conducted the implementation of a 2D rectangular structure; (2) The next step was to make a choice of di?erent sizes and types of mesh to be used in the simula-tion of YBCO superconducting material; (3) The next phase was the implementation of equations that take into consideration the material parameters, such as temperature and applied magnetic ?eld; (4) Finally the AC?s Losses in the material as a function of the applied current was performed. We?ve noted that the non-linearity of the equations that describe the problem in?uence the convergence of the solution, so the best cost-bene?t ratio was obstaired with ?rst order quadrilateral elements with ?rst order. The electrical and magnetic e?ects encountered in simulation correspond to the theoretical model and the AC?s losses are within the expected value in the literature, thus the proposed virtual model can be used as a guiding tool using an actual prototype of the type II superconductor. / Nos ?ltimos anos um n?mero expressivo de equipamentos tem sido produzido com base em simula??es computacionais, fornecendo informa??es necess?rias para sua constru??o f?sica. Muitas dessas simula??es usam o chamado M?todo dos Elementos Finitos (MEF), que tem como ideia b?sica dividir o dom?nio do problema em sub-regi?es, onde ? poss?vel descrever um meio cont?nuo a partir da sua discretiza??o em elementos com as mesmas propriedades de quem os originou. No caso espec??co de problemas que envolvem conceitos eletromagn?ticos, o MEF mostra-se bastante e?ciente, principalmente em fun??o da complexidade de se determinar uma solu??o anal?tica em algumas situa??es ou mesmo quando ela e? imposs?vel de ser determinada. Dentro dos fen?menos eletromagn?ticos, a an?lise num?rica baseada no MEF tem se mostrado, nos ?ltimos anos, uma poderosa ferramenta para estudar o comportamento das caracter?sticas dos materiais condutores e supercondutores, quando percorrido por uma corrente. Sendo assim, nesse do trabalho utilizamos as ferramentas de modelagem e simula??o computacional, com o objetivo de compreender as caracter?sticas eletromagn?ticas do supercondutor YBCO e sua dissipa??o de energia (perda AC), quando percorrido por uma corrente alternada. Para o estudo do comportamento das propriedades el?tricas dos materiais, foi realizada uma simula??o utilizando o MEF, com base nas caracter?sticas eletromagn?ticas envolvidas no problema. Devido a sua complexidade, optamos por resolver o problema usando o pacote comercial Comsol Multiphysics 4.3a (c). O nosso estudo foi realizado no seguinte conjunto de etapas: (1) Na primeira delas realizamos a implementa??o de uma estrutura retangular em 2D; (2) o passo seguinte foi realizar a escolha de diferentes dimens?es e tipos de malha a serem utilizados na simula??o do material supercondutor YBCO; (3) A fase seguinte ocorreu pela implementa??o de equa??es que levassem em considera??o mais par?metros do material, como temperatura e campo magn?tico aplicado; (4) ?nalmente foi realizada a an?lise da perda AC no material, em fun??o das correntes aplicadas. Observamos, como era de se esperar, que a n?o linearidade das equa??es que descrevem o problema in?uenciam na converg?ncia da solu??o, assim a melhor rela??o custo x benef?cio foi com elementos quadrangulares de primeira ordem. Os efeitos el?tricos e magn?ticos encontrados na simula??o correspondem ao modelo te?rico, e as perdas AC est?o dentro do valor esperado pela literatura, sendo assim, o modelo virtual elaborado pode ser utilizado como ferramenta norteadora de um prot?tipo real que utilize supercondutores do tipo II.

Orientador: Iakov Veniaminovitch Kopelevitch / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-25T10:44:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_BrunoCury_D.pdf: 12321037 bytes, checksum: 83e565ea9fa63c5cf0f9f7a0fb7be452 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho serão apresentados os principais resultados obtidos peloautor no decorrer de seu doutorado. Os sistemas estudados eram compostos por grafite, grafeno, antimônio e interfaces de grafite/silício. Uma das partes do trabalho consistiu no estudo de efeitos de desordem estrutural sobre oscilações quânticas em grafite. O estudo revelou que a mosaicidade da grafite estudada, largamente utilizada para se determinar a qualidade de amostras de grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), não apresenta correlação com a amplitude das oscilações quânticas no material. Ao invés disso, os experimentos mostraram uma clara correlação entre a rugosidade superficial, a mobilidade eletrônica média e a amplitude do efeito de Haas van Alphen no material. Os resultados indicam que deformações da superfície da grafite afetam fortemente a mobilidade eletrônica do material (reduzindo a amplitude de oscilações quânticas) sem reduzir sua anisotropia. No trabalho, também é discutida a possibilidade de que as oscilações quânticas em grafite estejam relacionadas com a existência de interfaces bem definidas na estrutura interna do material. Também foram estudadas propriedades de transporte elétrico interplanar em grafite no limite ultraquântico. Medidas de magnetorresistência interplanar para campos magnéticos de até 60 T acusaram a ocorrência de uma região de magnetorresistência positiva seguida de magnetorresistência negativa (MRN) para campos magnéticos suficientemente altos. O efeito persistia até temperatura ambiente. Ele é explicado considerando-se o tunelamento de férmions de Dirac entre níveis fundamentais de Landau de planos de grafeno adjacentes dentro da grafite. A região de MRN é mais pronunciada em grafites com menor mosaicidade, o que sugere que o alargamento de níveis de Landau seja responsável pela magnetorresistência positiva observada nas medidas ao longo do eixo c da grafite. Além disso, experimentos de magnetorresistência interplanar com campos magnéticos orientados paralelamente à direção dos planos da grafite apresentaram indícios de que o material se torna mais tridimensional com a redução da temperatura. Os resultados sugerem que a integral de overlap interplanar em grafite possui valor ?1 < 7 meV. Esse valor é muito inferior àqueles reportados na literatura considerando-se o modelo mais bem aceito para grafite, segundo o qual ?1 ? 380 meV. Nesta tese também são apresentados resultados inéditos obtidos pelo autor relacionados a efeito Hall quântico em grafeno crescido epitaxial mente sobre substratos de carbeto de silício, efeitos de desordem estrutural sobre as propriedades de transporte elétrico basal da grafite, supercondutividade em heteroestruturas de grafite e silício e supercondutividade em compósitos de antimônio-ouro / Abstract: In this thesis, experimental results obtained by the author during his PhD will be presented. The work consisted on the study of electrical and magnetic properties of Dirac semimetals and related heterostructures. Namely: graphite, graphene, graphite/silicon interfaces and antimony. Part of the work about graphite consisted on the study of the effects of structural disorder on the quantum oscillations in the material. Experimental results in the literature widely regard the mosaic spread in graphite as a good disorder parameter. However, in the present work, we report that the mosaicity of graphite samples does not correlate with their quantum oscillations¿ amplitude. Experiments have revealed a clear relation of surface roughness to the electronic mobility and the amplitude of the deHaas van Alphen effect in the material. The possibility that quantum oscillations in graphite are affected by the presence of sharp interfaces within its stacking structure is also discussed. We have also studied out-of-plane magnetoresistance properties in ultraquantum graphite. Experiments performed at magnetic fields B//c up to 60 T have shown the occurrence of positive c-axis magnetoresistance followed by a region of negative magnetoresistance (NMR). The NMR persists up to room temperature and has been explained in terms of the tunneling of electrons between zero-energy Landau levels of adjacent graphitic layers. The NMR is more evident in samples with low mosaicity, suggesting the positive c-axis magnetoresistance is induced by means of broadening of LL¿s by disorder. In addition, c-axis magnetoresistance measurements with magnetic fields perpendicular to c-axis (B?c) suggest that our samples undergo a 2D to 3D transition with the reduction of temperature. Based on our results, we estimate a value for the interplane hopping energy parameter ?1 < 7 meV. This value is at odds with the most accepted model for graphite, for which ?1 ? 380 meV. In this thesis, we also present unpublished results on the occurrence of quantum Hall effect in graphene grown epitaxially in silicon carbide substrates, on the effects of structural disorder in the basal electric properties of graphite / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Iakov Veniaminovitch Kopelevitch / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T07:21:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Merlo_RafaelBorges_M.pdf: 2866064 bytes, checksum: f84ae56edecef43c0c046f5d592e5baa (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Evidências experimentais e teóricas recentes de que a supercondutividade nas várias formas alotrópicas do carbono pode ocorrer em temperaturas próximas ou até acima da temperatura ambiente, desencadearam um grande interesse científico. Resultados do presente trabalho demonstraram a ocorrência de supercondutividade em compósitos de carbono vítreo-enxofre (CV-S) a T = 3 K. Nossas medidas revelaram que a supercondutividade ocorre em uma pequena fração da amostra, e que a grafitização do carbono amorfo parece ser uma condição necessária para disparar a supercondutividade. Apresentamos também evidências de supercondutividade à temperatura ambiente em sanduíches de grafite/Si, e demonstramos que a supercondutividade está associada à interface grafite/silício. O comportamento encontrado é semelhante ao conhecido para estruturas supercondutoras de baixadimensionalidade. Em particular, observamos oscilações do tipo Josephson em curvas características de corrente-tensão (I-V), bem como sua supressão pela aplicação de campo magnético. Além disso, o campo magnético perpendicular transforma as curvas características I-V do tipo supercondutor para tipo isolante, assemelhando-se à transição supercondutor-isolante induzida por campo magnético em redes de junções Josephson. Todos estes resultados indicam que a interface grafite/silício pode ser um material promissor para o desenvolvimento de dispositivos microeletrônicos sem dissipação à temperatura ambiente / Abstract: Recent both experimental and theoretical evidence that superconductivity in various allotropic forms of carbon can occur at temperatures near or even above room temperature, triggered a broad scientific interest. Results of the present work demonstrated the occurrence of superconductivity in carbon glassy-sulfur composites (CV-S) at T = 3 K. Our measurements revealed that the superconductivity occurs in a small fraction of the sample, and that the graphitization of the amorphous carbon seems to be a necessary condition to trigger the superconductivity. We also present evidence for the room temperature superconductivity in graphite/Si sandwiches and demonstrate that the superconductivity is associated with the graphite/silicon interface. The found behavior is similar to that known for low-dimensional superconducting structures. In particular, we have observed Josephson-type oscillations in current-voltage (I-V) characteristics as well as their suppression by applied magnetic field. Moreover, the perpendicular magnetic field transforms the superconducting-like to insulating-like I-V characteristics resembling the magnetic-field-driven superconductor-insulator transition in Josephsonjunction-arrays. All these results indicate that graphite-silicon interface can be a promising material for the development of microelectronic devices without dissipation at room temperature / Mestrado / Supercondutividade / Mestre em Física