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

Consideramos os efeitos de desordem ou aperiodicidade sobre três sistemas magnéticos distintos. Inicialmente, apresentamos um modelo fenomenológico para descrever a dependência térmica da magnetização remanente induzida por diluição numa classe de antiferromagnetos quase-unidimensionais. O modelo trata exatamente as correlações ao longo da direção dominante, levando em conta as demais interações por meio de um campo efetivo. Em seguida, utilizamos uma aproximação autoconsistente de Bethe-Peierls para avaliar os efeitos de um campo cristalino aleatório sobre os diagramas de fases de um modelo de Ising de spins mistos. Mostramos que a desordem é capaz de modificar a natureza dos pontos multicríticos existentes no limite uniforme do modelo. Finalmente, estudamos os efeitos de interações aleatórias ou aperiódicas sobre o comportamento da cadeia XX quântica em baixas temperaturas, através de câlculos numéricos baseados no mapeamento do sistema em um modelo de férmions livres. Apontamos evidências de que, em temperatura zero, existe um único ponto fixo universal, característico de uma fase de singleto aleatório, que governa o comportamento do modelo na presença de interações desordenadas. No caso de interações aperiódicas,obtemos resultados consistentes com previsões de grupo de renormalização, indicando, para uma certa classe de seqüências de substituição, um comportamento semelhante àquele associado à desordem. / We consider effects of disorder or aperiodicity on three different magnetic systems. First, we present a phenomenological model to describe the thermal dependence of the dilution-induced remanent magnetization in a class of quasi-one-dimensional antiferromagnets. The model treats correlations along the dominant direction in an exact way, while including the remaining inte-. i ractions via an effective field. Then, we use a self-consistent Bethe-Peierls ~ j .. approximation to gauge the effects of a random crystal field on the phase diagram of a mixed-spin Ising mode!. We show that disorder may have profound effects on the multicritical behavior associated with the uniform limit of the mo de!. Finally, we study effects of random or aperiodic interactions on the behavior of the quantum XX chain at low temperatures, by performing numerical calculations based on a mapping of the system onto a free-fermion mo de!. . We present evidence that, at zero temperature, there exists a single, universal fixed-point, associated with a random-singlet phase, which governs the behavior of the model in the presence of disordered interactions. In the case of aperiodic interactions, our results are consistent with renormalizationgroup predictions, indicating, for a certain class of substitution sequences, a behavior similar to the one induced by disorder.

Consideramos os efeitos de desordem ou aperiodicidade sobre três sistemas magnéticos distintos. Inicialmente, apresentamos um modelo fenomenológico para descrever a dependência térmica da magnetização remanente induzida por diluição numa classe de antiferromagnetos quase-unidimensionais. O modelo trata exatamente as correlações ao longo da direção dominante, levando em conta as demais interações por meio de um campo efetivo. Em seguida, utilizamos uma aproximação autoconsistente de Bethe-Peierls para avaliar os efeitos de um campo cristalino aleatório sobre os diagramas de fases de um modelo de Ising de spins mistos. Mostramos que a desordem é capaz de modificar a natureza dos pontos multicríticos existentes no limite uniforme do modelo. Finalmente, estudamos os efeitos de interações aleatórias ou aperiódicas sobre o comportamento da cadeia XX quântica em baixas temperaturas, através de câlculos numéricos baseados no mapeamento do sistema em um modelo de férmions livres. Apontamos evidências de que, em temperatura zero, existe um único ponto fixo universal, característico de uma fase de singleto aleatório, que governa o comportamento do modelo na presença de interações desordenadas. No caso de interações aperiódicas,obtemos resultados consistentes com previsões de grupo de renormalização, indicando, para uma certa classe de seqüências de substituição, um comportamento semelhante àquele associado à desordem. / We consider effects of disorder or aperiodicity on three different magnetic systems. First, we present a phenomenological model to describe the thermal dependence of the dilution-induced remanent magnetization in a class of quasi-one-dimensional antiferromagnets. The model treats correlations along the dominant direction in an exact way, while including the remaining inte-. i ractions via an effective field. Then, we use a self-consistent Bethe-Peierls ~ j .. approximation to gauge the effects of a random crystal field on the phase diagram of a mixed-spin Ising mode!. We show that disorder may have profound effects on the multicritical behavior associated with the uniform limit of the mo de!. Finally, we study effects of random or aperiodic interactions on the behavior of the quantum XX chain at low temperatures, by performing numerical calculations based on a mapping of the system onto a free-fermion mo de!. . We present evidence that, at zero temperature, there exists a single, universal fixed-point, associated with a random-singlet phase, which governs the behavior of the model in the presence of disordered interactions. In the case of aperiodic interactions, our results are consistent with renormalizationgroup predictions, indicating, for a certain class of substitution sequences, a behavior similar to the one induced by disorder.