Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades magnéticas e de transporte elétrico de sistemas caracterizados por desordem e frustração. Tais sistemas são amostras granulares do supercondutor de alta temperatura crítica YBa2Cu3O7-δ e amostras do tipo vidro-de-spin e reentrantes das ligas magnéticas diluídas AuMn 8at% e AuFe xat% (x = 8, 12, 15, 18 e 21). No supercondutor granular foram estudados os efeitos de flutuações termodinâmicas na magnetocondutividade nas proximidades da transição supercondutora e a linha de irreversibilidades magnéticas. A transição para o estado de resistência nula é um processo que ocorre em duas etapas. Inicialmente, a transição de pareamento estabiliza a supercondutividade no interior dos grãos. A transição de coerência ocorre em temperaturas inferiores e ativa ligações fracas entre os grãos através de um processo do tipo percolação. O regime que antecede a transição de coerência é caracterizado por flutuações na fase do parâmetro de ordem. A linha de irreversibilidades magnéticas, estudada a partir da magnetoresistência e magnetização DC, revela um comportamento do tipo Almeida-Thouless em baixos campos magnéticos aplicados, seguido de um crossover, em µ0H = 0.1 T, para um comportamento do tipo Gabay-Toulouse. A linha de irreversibilidades é interpretada como sendo uma manifestação experimental de uma transição de vidro chiral. As ligas magnéticas diluídas foram estudadas através do efeito Hall extraordinário. Os resultados mostram claramente que dois termos de sinais contrários contribuem para este efeito nestes sistemas. Em particular, é observada uma anomalia no coeficiente de Hall extraordinário em temperaturas próximas à temperatura de ordenamento dos vidros-de-spin e de “canting” dos reentrantes que não é prevista por nenhuma teoria convencional de efeito Hall. A interpretação dos resultados é feita em termos do modelo de vidro chiral, mostrando a importância de uma contribuição de origem puramente chiral. Esta é a primeira vez que a chiralidade, uma propriedade intrínseca de sistemas desordenados e frustrados, é observada experimentalmente de modo direto.

Este trabalho consiste de um estudo da fenomenologia crítica nas vizinhanças da temperatura de Curie (TC) das ligas binárias reentrantes s-Fe1-xCrx, onde x = 0,46 e 0,49; s-Fe0,52V0,48 e Au1-yFey, onde y = 0,135; 0,15; 0,18 e 0,21. As técnicas experimentais empregadas neste estudo são (1) Magnetização e (2) Impedanciometria. As medidas efetuadas permitiram a obtenção dos parâmetros críticos da transição de fase para-ferromagnética e caracterizar a transição reentrante em baixas temperaturas. A criticalidade nas proximidades da temperatura de Curie foi estudada mediante o emprego de diversos métodos, que levaram à identificação dos expoentes críticos estáticos (magnetização), g (susceptibilidade paramagnética) e d (isoterma crítica). O comportamento crítico da susceptibilidade paramagnética nos sistemas s-FeCr e s-FeV é melhor descrito quando se considera o escalonamento estendido CHT (Campbell, Hukushima, Takayama), que supõe que a temperatura reduzida deve ser escrita como t = (T - Tc)/T. As componentes real e imaginária da permeabilidade magnética são obtidas a partir dos resultados de impedância em função da temperatura, da frequência e do campo magnético aplicado. Nas proximidades de TC, a parte real da permeabilidade se comporta como uma lei de potência, tanto acima como abaixo de TC. A análise deste comportamento crítico acima de TC leva a expoentes críticos razoavelmente coincidentes com aqueles obtidos a partir das medidas magnéticas. Dos resultados de magnetoimpedância, foi possível estimar o campo de anisotropia das amostras estudadas, confirmando a ocorrência das transições de fases para-ferromagnética e ferromagnética-vidro de spin. / In this work, we report an experimental study of the critical phenomenology near the Curie temperature (TC), of the reentrant binary alloys s-Fe1-xCrx, with x = 0.46 and 0.49; s-Fe0.52V0.48 and Au1-y-Fey, with y = 0.135; 0.15; 0.18 and 0.21. The employed techniques were (1) Magnetization and (2) Impedanciometry. From the results, the ferromagnetic critical phase transition and the reentrant transition at low temperatures were identified. The transition at the Curie temperature was studied using several methods and the static critical exponents (magnetization), g (susceptibility) and d (critical isotherm) were obtained. The description of the critical behavior of the paramagnetic susceptibility in the s-FeCr and s-FeV systems, was improved when the CHT (Campbell, Hukushima, Takayama) extended scaling was considered. In this scaling scheme, the reduced temperature is written as t = (T - Tc)/T. The complex magnetic permeability was obtained from the impedance measurements as a function of the temperature, frequency and magnetic field. Near TC, the real part of the permeability behaves as a power law of the conventional reduced temperature, either above and below TC. The values of critical exponents obtained from these analyses reproduce those obtained from the magnetic measurements. From the magnetoimpedance experiments it was also possible to estimate the anisotropy field. This property clearly reveals the sequential occurrence of the para-ferromagnetic and ferromagnetic-spin glass transitions upon decreasing the temperature.

Este trabalho consiste de um estudo da fenomenologia crítica nas vizinhanças da temperatura de Curie (TC) das ligas binárias reentrantes s-Fe1-xCrx, onde x = 0,46 e 0,49; s-Fe0,52V0,48 e Au1-yFey, onde y = 0,135; 0,15; 0,18 e 0,21. As técnicas experimentais empregadas neste estudo são (1) Magnetização e (2) Impedanciometria. As medidas efetuadas permitiram a obtenção dos parâmetros críticos da transição de fase para-ferromagnética e caracterizar a transição reentrante em baixas temperaturas. A criticalidade nas proximidades da temperatura de Curie foi estudada mediante o emprego de diversos métodos, que levaram à identificação dos expoentes críticos estáticos (magnetização), g (susceptibilidade paramagnética) e d (isoterma crítica). O comportamento crítico da susceptibilidade paramagnética nos sistemas s-FeCr e s-FeV é melhor descrito quando se considera o escalonamento estendido CHT (Campbell, Hukushima, Takayama), que supõe que a temperatura reduzida deve ser escrita como t = (T - Tc)/T. As componentes real e imaginária da permeabilidade magnética são obtidas a partir dos resultados de impedância em função da temperatura, da frequência e do campo magnético aplicado. Nas proximidades de TC, a parte real da permeabilidade se comporta como uma lei de potência, tanto acima como abaixo de TC. A análise deste comportamento crítico acima de TC leva a expoentes críticos razoavelmente coincidentes com aqueles obtidos a partir das medidas magnéticas. Dos resultados de magnetoimpedância, foi possível estimar o campo de anisotropia das amostras estudadas, confirmando a ocorrência das transições de fases para-ferromagnética e ferromagnética-vidro de spin. / In this work, we report an experimental study of the critical phenomenology near the Curie temperature (TC), of the reentrant binary alloys s-Fe1-xCrx, with x = 0.46 and 0.49; s-Fe0.52V0.48 and Au1-y-Fey, with y = 0.135; 0.15; 0.18 and 0.21. The employed techniques were (1) Magnetization and (2) Impedanciometry. From the results, the ferromagnetic critical phase transition and the reentrant transition at low temperatures were identified. The transition at the Curie temperature was studied using several methods and the static critical exponents (magnetization), g (susceptibility) and d (critical isotherm) were obtained. The description of the critical behavior of the paramagnetic susceptibility in the s-FeCr and s-FeV systems, was improved when the CHT (Campbell, Hukushima, Takayama) extended scaling was considered. In this scaling scheme, the reduced temperature is written as t = (T - Tc)/T. The complex magnetic permeability was obtained from the impedance measurements as a function of the temperature, frequency and magnetic field. Near TC, the real part of the permeability behaves as a power law of the conventional reduced temperature, either above and below TC. The values of critical exponents obtained from these analyses reproduce those obtained from the magnetic measurements. From the magnetoimpedance experiments it was also possible to estimate the anisotropy field. This property clearly reveals the sequential occurrence of the para-ferromagnetic and ferromagnetic-spin glass transitions upon decreasing the temperature.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades magnéticas e de transporte elétrico de sistemas caracterizados por desordem e frustração. Tais sistemas são amostras granulares do supercondutor de alta temperatura crítica YBa2Cu3O7-δ e amostras do tipo vidro-de-spin e reentrantes das ligas magnéticas diluídas AuMn 8at% e AuFe xat% (x = 8, 12, 15, 18 e 21). No supercondutor granular foram estudados os efeitos de flutuações termodinâmicas na magnetocondutividade nas proximidades da transição supercondutora e a linha de irreversibilidades magnéticas. A transição para o estado de resistência nula é um processo que ocorre em duas etapas. Inicialmente, a transição de pareamento estabiliza a supercondutividade no interior dos grãos. A transição de coerência ocorre em temperaturas inferiores e ativa ligações fracas entre os grãos através de um processo do tipo percolação. O regime que antecede a transição de coerência é caracterizado por flutuações na fase do parâmetro de ordem. A linha de irreversibilidades magnéticas, estudada a partir da magnetoresistência e magnetização DC, revela um comportamento do tipo Almeida-Thouless em baixos campos magnéticos aplicados, seguido de um crossover, em µ0H = 0.1 T, para um comportamento do tipo Gabay-Toulouse. A linha de irreversibilidades é interpretada como sendo uma manifestação experimental de uma transição de vidro chiral. As ligas magnéticas diluídas foram estudadas através do efeito Hall extraordinário. Os resultados mostram claramente que dois termos de sinais contrários contribuem para este efeito nestes sistemas. Em particular, é observada uma anomalia no coeficiente de Hall extraordinário em temperaturas próximas à temperatura de ordenamento dos vidros-de-spin e de “canting” dos reentrantes que não é prevista por nenhuma teoria convencional de efeito Hall. A interpretação dos resultados é feita em termos do modelo de vidro chiral, mostrando a importância de uma contribuição de origem puramente chiral. Esta é a primeira vez que a chiralidade, uma propriedade intrínseca de sistemas desordenados e frustrados, é observada experimentalmente de modo direto.

Orientador: Mario Antonio Bica de Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T18:58:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rouxinol_FranciscoPauloMarques_D.pdf: 6433084 bytes, checksum: 84d703ca8da3620b077c3b1335c59965 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Técnicas de condensação de vapor são úteis na preparação de ligas magnéticas cujos componentes têm pouca, o mesmo nenhuma, solubilidade em condições de equilíbrio Neste trabalho, uma dessas técnicas ¿ sputtering ¿ foi empregada para fabricar ligas metaestáveis de GdXCr1-X, cujas propriedades magnéticas foram investigadas em função da concentração de Gd, x. Difratometria de raios-X de baixo ângulo (GAXRD) e espectroscopia de retroespalhamento Rutherford foram utilizados para determinar a estrutura do filme e sua composição elementar, respectivamente. As análises de GAXRD mostraram que a estrutura da fase de Gd, é hcp quando x ³ 0,88; e amorfa quando 0,16 £ 0,76. Uma estrutura bcc , para a fase de Cr, foi observada nos difratogramas quando x < 0,16, e amorfa quando x ³ 0,16 Para investigar as propriedades magnéticas utilizamos um magnetometro SQUID e m PPMS. O primeiro foi utilizado para as medidas de momento magnético em função do campo estático e temperatura. O PPMS foi tilizado nas investigações de susceptibilidade-AC em função da freqüência de oscilação do campo, temperatura e campo estático. A complexa natureza magnética dos filmes de Gd-Cr foi observada através das isotermas MxH, que não apresentaram saturação em baixas temperaturas, nem comportamento linear em altas temperaturas. Pela análise dos dados magnéticos, observamos que as amostras admitem um comportamento ferromagnético para x ³ 0,5 e paramagnético para as outras concentrações de Gd. A temperatura de Curie (TC) apresenta um aumento monotônico de 170 para 290 K quando x aumenta de 0,5 para 1,0. A temperatura de Curie-Weiss (q C) mostra um aumento monotônico com x. A partir das isotermas MxH a 2 K, o momento de saturação foi calculado, sendo independente de x e aproximadamente constante com um valor médio de 7,3 µB. Medidas de susceptibilidade em campos estáticos e dinâmicos revelaram a existência de comportamentos de vidros magnéticos em todas as amostras abaixo da temperat ra de freezing (Tf). Observamos, nas ligas com altas concentrações de Gd, a presença de comportamentos ferromagnéticos e cluster-glass em baixas temperaturas. Concluímos que a interação de troca entre os átomos de Gd dentro dos clusters de Gd não é do tipo RKKY, e sim do tipo supertroca. O efeito magnetocalórico (MCE) foi investigado através da variação de entropia magnética ( D SM) em função da temperatura, para a remoção de um campo de 50 kOe Curva de D SMxT para as amostras com x < 0,2 apresentaram um formato típico de superferromagneto, consistente com a existência de clusters Gd nos filmes. Nas outras amostras em que o EMC foi analisado, a presença de clusters é observada pelo comportamento dessas curvas a baixa temperatura; a altas temperaturas o comportamento de D SM com T indica fortemente a presença de mais fases magnéticas no filme. O diagrama de fase baseado em TC e Tf, e sua dependência com x é apresentado / Abstract: Vapor condensation techniques are very useful for preparation of alloys whose components have no mutual solubility under equilibrium conditions In this work, one of these techniques ¿ sputtering ¿ has been used to fabricate metastable GdXCr1-X alloys whose magnetic properties were investigated as a function of the Gd concentration, x. Grazing incidence angle X-ray diffraction (GAXRD) and Rutherford backscattering spectroscopy were employed to characterize the film structure and elemental composition, respectively. The GAXRD measurements revealed, for the Gd fraction, a hcp structure for x ³ 0,88; for 0,16 £ x £ 0,76 the Gd fraction was amorphous. The existence of a bcc structure for x < 0,16 was observed in the diffractograms for the Cr phase, which was amorphous for x ³ 0,16. To investigate the magnetic properties, a SQUID magnetometer and a PPMS were used. The former was employed for magnetic moment measurements as a function of applied static field and temperature. The PPMS was used for ac-susceptibility determinations as a function of the frequency of the ac driving field, temperature, and applied static field. The complex magnetic nature of the Gd-Cr films was revealed from the MxH isotherms which did not show saturation even at the lowest temperatures, and did not exhibit a linear behavior at higher temperatures. Processing of the magnetic data has shown that the films exhibit a ferromagnetic behavior for x ³ 0,5 and paramagnetic one for all other Gd concentrations. The Curie temperature (TC) increased monotonically from 170 to 290 K as x increased from 0,5 to 1,0. A monotonical increase in the Curie-Weiss temperature ( q C ) with x was also observed for all films. From the extrapolated MxH isotherm at 2 K (saturation magnetization), the saturation moments were calculated and found to be nearly constant at about 7.3 µB. Both static and dynamic susceptibility measurements revealed the existence of a magnetic glassy behavior in all alloys, occurring below a freezing temperature Tf . For the higher concentration alloys, the ferromagnetic and the cluster glass state were observed at low temperatures. It was thus concluded that the exchange interactions within Gd atoms in the clusters were not of the RKKY but of the superexchange type. The magnetocaloric effect (MCE) was investigated from the magnetic entropy change ( DSM) as a function of temperature, for the removal of a 50 kOe field. Samples with x < 0,2 exhibited DSMxT curves whose shapes are typical of a superferromagnet, consistently with the existence of Gd clusters in the films. For all the other alloys whose MCE was investigated, the presence of clusters is manifested from the behavior of these curves at low temperatures; at higher temperatures, the evolution of DSM with T strongly indicated the presence of more than one magnetic phase in the alloys A magnetic phase diagram based on the Tf and Tc transition temperatures and their dependence on x is presented in this thesis / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências