Ao passar por uma fina camada magnética uma corrente spin polarizada pode produzir um efeito de torque clássico atuando na camada, sendo capaz de gerar precessão e reversão da magnetização. Esse efeito tem sido alvo de inúmeras pesquisas, em especial pela possibilidade de aplicações em memórias magnéticas não voláteis e em nano-osciladores de alta frequência, entretanto outras características podem ser exploradas. Em particular, devido ao seu caráter não-linear, torques de spin aplicados em camadas magnéticas podem fornecer condições para aparecimento de caos determinístico e ressonância estocástica. Caos determinístico pode ocorrer em sistemas dinâmicos contínuos que tenham ao menos três graus de liberdade. Nesse caso, mesmo que apenas termos determinísticos sejam considerados, a combinação de termos não-lineares e alta sensibilidade em relação a condições iniciais ou pequenas perturbações pode gerar irregularidade e imprevisibilidade no sistema. Ressonância estocástica é o nome que se dá para fenômenos em que a adição de ruído a um sistema pode melhorar a resposta do mesmo, existindo um nível ótimo de ruído. Esse fenômeno pode ser usado para detecção e amplificação de sinais de baixa intensidade, por exemplo. Aqui analisamos a dinâmica da magnetização da camada livre de junções magnéticas em geometrias do tipo nanopilar, com o estudo dividido em dinâmicas determinísticas e estocásticas. Dentro da análise apenas com termos determinísticos, buscamos verificar comportamentos regulares, irregulares e caóticos, caracterizando o sistema através da geração de diagramas com as fases dinâmicas para diferentes valores de parâmetros. Foram vistas duas geometrias diferentes, sendo que em uma delas foi possível fazer a caracterização completa das fases dinâmicas do sistema. No caso de dinâmicas estocásticas, buscamos explorar efeitos não-lineares e flutuações térmicas, analisando ressonância estocástica e sincronização facilitada por ruído em uma junção túnel magnética, além de estudar as respostas dinâmicas quando há apenas o torque de Slonczewski e quando também está presente o torque tipo campo. Foi possível observar a influência de diversos parâmetros, como a amplitude da corrente aplicada e a frequência de entrada, na resposta magnética e na sincronização de dispositivos estocásticos. Além disso, vimos que com a inclusão do torque tipo campo aparece um possível novo comportamento, similar à ressonância, em alta frequência, ainda não detectado experimentalmente. Esses resultados são importantes pela possibilidade de uso desses dispositivos spintrônicos em transmissão segura de dados, comunicação em alta frequência e em uma nova geração de dispositivos bio-inspirados e eficientes energeticamente. / When passing through a fine magnetic layer a spin polarized electric current may result in a classical torque acting on the layer, being capable of causing magnetization precession and reversal. This effect has been object of numerous researches, specially because of possible applications in non-volatile magnetic memories and high frequency nanooscillators. However, other characteristics can be exploited. In particular, because of its non-linear features, spin torques acting on magnetic layers can generate the conditions for deterministic chaos and stochastic resonance to arise. Deterministic chaos may happen in continuous nonlinear dynamical systems with at least three degrees of freedom. In this case, even if only deterministic terms are considered, the combination of nonlinearities with high sensitivity on initial conditions or small perturbations can produce irregularity and unpredictability in the dynamical behaviour. Stochastic resonance is the phenomenon in which the addition of noise in a system can produce a better output, or system response, existing an optimal noise level. This effect can be used as a way to detect and amplify low intensity signal, for example. In this PhD Thesis we study the magnetization dynamics on the free layer of magnetic junctions in nanopillar geometries. The work is divided into two parts: deterministic and stochastic dynamics. When analysing the deterministic case we tried to characterize regular, irregular and chaotic behaviours, producing dynamical phases diagrams for different system parameters. Two different geometries were analysed, being possible to generate a complete characterization of the dynamical phases in one of them. For the stochastic case we tried to explore nonlinear effects and thermal fluctuations, analysing stochastic resonance and noise-enhanced synchronization in a magnetic tunnel junction and studying the dynamical response when only one spin torque is considered, the Slonczewski torque, and also when a perpendicular torque, the field-like torque, is present. We were able to see the influence of several system parameters, such as the amplitude of the applied electric current and the input frequency, on the system response and on the synchronization of stochastic systems. Also, we noticed that with the inclusion of the field-like torque a possibly new high frequency resonance-like behaviour appears. These results are important because of the possibility of using new spintronic devices for secure data transmission, high frequency communications and on a new generation of bio-inspired devices.

Nesta tese, analisamos dois sistemas de semicondutores magnéticos: um semicondutor magnético cristalino de EuTe e uma heteroestrutura formada por um poço quântico de GaAs/AlGaAs ao lado uma barreira tipo delta de Mn, que, ao difundir-se, forma o semicondutor magnético diluído de (Ga,Mn)As. Nossos estudos foram focados na possibilidade de manipularmos oticamente a orientação magnética de ambos os sistemas. No semicondutor magnético de EuTe, a indução de magnetização se dá pela formação de polarons magnéticos ao redor de elétrons fotoexcitados. Para o estudo dos polarons, um modelo teórico elaborado foi adaptado para a construção de um sistema computacional baseado no método de Monte Carlo. Essa sistema permitiu o cálculo do momento magnético e do raio do polaron em temperaturas finitas, muito acima da temperatura de Néel. O modelo foi elaborado para reproduzir tanto as propriedades do EuTe sem o polaron (temperatura de Néel e campo crítico), quanto o deslocamento da linha de fotoluminescência devido a formação do polaron. Além do desenvolvimento do próprio método computacional, que pode ser utilizado para estudar outros sistemas, o conhecimento adquirido com o estudo do EuTe serviu como base para o estudo de um sistema mais complexo, que é a heteroestrutura de GaAs/AlGaAs + dMn. O estudo da heteroestrutura de GaAs/AlGaAs + dMn foi feito em cima de medidas experimentais de rotação de Kerr com resolução temporal. O sistema de medição construído permite, também, medidas de rotação de Kerr com resolução espacial, que servem para o estudo de transporte e hélice de spin em semicondutores, e está detalhadamente descrito em um dos capítulo desta tese. Na amostra estudada, o controle da magnetização dos íons de Mn é feito através da interação de troca com o elétron fotoexcitado no poço quântico. Os resultados obtidos das medidas de rotação de Kerr mostram uma frequência de precessão dependente do tempo, que revela a existência de dois processos com dinâmicas diferentes: uma primeira orientação do spin dos íons de Mn devido à polarização do par elétron-buraco no poço quântico, seguida por um realinhamento desses spins com o campo magnético externo, a partir do momento em que a coerência dos spins dos buracos desaparece. Esse resultado sugere que a interação entre os elétrons fotoexcitados e os íons de Mn ocorre por intermédio dos buracos fotoexcitados, ao contrário do que havia sido proposto em estudos anteriores de estruturas similares, mas de acordo com o modelo de interação sp-d, utilizado para explicar o ferromagnetismo do (Ga,Mn)As. / In this thesis we analyzed two magnetic semiconductor systems: one intrinsic magnetic semiconductor crystal of EuTe and one GaAs-based heterostructure with a GaAs/AlGaAs quantum well close to delta-type Mn barrier, that forms a diluted magnetic semiconductor of (Ga,Mn)As after diffusion. Our studies on both systems were focused on the possibility of optical manipulation of magnetic order. In EuTe pure semiconductor, the magnetization control occurs due to de formation od magnetic polarons around photo-excited electrons. To study magnetic polarons we adapted a theoretical model to build a computer simulation system based on Monte Carlo\'s method. This system allowed us to calculate the magnetic moment and radius of the polaron at finite temperatures fair above Néel Temperature. The computational model was tested to reproduce EuTe properties without polarons (Néel Temperature and critical magnetic field) and with polarons (photoluminescence line shift). Beside the development of this computational model, that can be used to study other systems, the knowledge acquired during the studies on EuTe helped us to better understand the more complex system of the GaAs/AlGaAs +dMn heterostructure. The studies about the GaAs/AlGaAs + dMn heterostructure were based on experimental measurements of time-resolved Kerr rotation. The measurement system we built also allows us to perform spatial-resolved Kerr rotation measurements to study spin transport and spin helix on semiconductors and it is described in details in one chapter of this thesis. The optical manipulation of Mn ions magnetization on the studied sample is consequence of the exchange interaction with the photoexcited electron inside the quantum well. The results of Kerr rotation measurements show a time-dependent precession frequency that reveals the existence of two process with distinct dynamics: the initial orientation of Mn ions spins with the photoexcited electron-hole pair, followed by the realignment of these spins with the external magnetic field, as soon as the photoexcited hole spins loose its coherence. These results indicate that the exchange interaction between the photoexcited electron inside the quantum well and the Mn ions is mediated by the photoexcited holes, in opposition of what was being proposed in previous studies of similar structures, but in agreement with the sp-d model, used to explain the (Ga,Mn)As ferromagnetism.

Apresenta-se o desenho, construção e caracterização de uma plataforma experimental para a obtenção de imagens magnéticas bidimensionais (2D) geradas pela distribuição não uniforme em gel de vaselina de micro-partículas magnéticas (magnetita- Fe3O4), acomodadas em fantomas magnéticos de geometrias irregulares. A instrumentação é basicamente formada por um arranjo multicanal de 12-sensores magnetorresistivos de última geração (modelo HMC 1001/1002 da Honeywell), os quais convertem os sinais magnéticos, a serem medidas, em voltagens diferenciais, que posteriormente passam-se pela etapa de condicionamento analógico multisinais, e adquiridos por uma placa de aquisição PCI de 16 canais simples, e geradas pelas fontes magnéticas (fantomas) as quais eram posicionadas acima de uma tabua porta-fantoma a qual era acionada por um sistema de posicionamento x-y, utilizando-se dois motores de passo controlados via porta paralela. A obtenção e processamento das imagens de forma automática foi levado acabo por médio da ferramenta computacional SmaGimFM v1.0 (grupo de scripts escritos pelo autor, em LABVIEW v8.1 e Matlab v7.3). A montagem experimental foi desenhada para realizar o scan numa área de ate (20x18) cm2. O sistema consegue medir campos na ordem de poucos nano-teslas (10-9 T). Foi demostrado experimentalmente que: a detectibilidade do sistema está na ordem de 100 pT/?Hz; a resolução, o menor valor da indução magnética detectada e a resolução espacial dos sensores foi aproximadamente de (3±1) nT e (3.0± 0.1) mm, respectivamente, este último obtido para uma distancia sensor-fonte média de (6.0± 0.1) mm. O nível de ruído ambiental médio foi corroborado experimentalmente no valor de 10 nT. O fator de Calibração para todos os sensores alimentados com 8V, foi aproximadamente de 10-6 T/V, confirmando o valor da sensibilidade nominal oferecida pelo vendedor no data-sheet dos sensores. Os multisinais sempre foram pré-processadas para a remoção dos offset, e posteriormente era realizadas uma interpolação bi-cúbica, para gerar imagens magnéticas com uma alta resolução espacial da ordem de (256x256) pixels. A funções de transferência da modulação e espalhamento pontual do sistema foram estudados e os sensores foram espaçados e fixados de acordo com os resultados destes estudos. Nesta tese todas as imagens cruas foram geradas pelo mapeamento da resposta do sistema multicanal de magnetômetros a pequenas distancias e geradas pela presença de micropartículas de magnetita (Fe3O4) não tratada termicamente e dispersada em oitos fantomas planares com geometrias complexas e chamados como: PhMão; PhNum; PhLines; PhCinco; PhTrês; PhCircle; PhQuadSmall e PhQuadBig. As imagens magnéticas de cada um destes fantomas é apresentada. A cada experimento, estes fantomas eram magnetizados pela ação de um pulso magnético uniforme no volume dos fantomas, com um valor aproximadamente de 81.6 mT, e produzido por um sistema de bobinas par de Helmholtz. Para fazer o registro experimental das imagens magnéticas, os fantomas foram posicionados a uma altura fixa em relação aos sensores, e movidos numa direção de scan, assim nos detectores observávamos as voltagens gerados pela variação no campo remanente devido às diferentes concentrações de micro-partículas magnéticas magnetizadas foram medidos e controlados por um computador pessoal. Usando as imagens cruas (imagens ruidosas e borradas) e outras informações a priori, foram obtidas as imagens reconstruídas das fontes do campo magnético, tais como, a distribuição de partículas ferrimagnéticas no interior dos fantomas, a qual é relacionada com a susceptibilidade magnética das amostras. Encontrar as imagens das fontes magnéticas, é resolver o problema magnético associado, e nosso trabalho estas restaurações foram realizadas usando-se os seguintes algoritmos numéricos de deconvolução, filtragem espacial de Wiener e Fourier, o filtragem Pseudo-inversa, o método do gradiente conjugado e os procedimentos de regularização de Tikhonov e Decomposição de Valores singulares truncados, dentre outros. Estes procedimentos foram implementados e testados. As imagens reconstruídas das fontes magnéticas de quatro fantomas são apresentadas. Estas técnicas foram programadas computacionalmente por médio de um conjunto de scripts chamados de SmaGimFM v1.0, estes foram escritos nos linguagens computacionais MATLAB® desde a MathWorks Inc.; e LABVIEW desde a National Instruments Inc. Estes resultados preliminares mostram que o sistema de imagens apresenta potencial para ser aplicada em estudos na área da Física Médica, onde imagens com moderada para alta resolução espacial e baixa amplitude da indução magnética são exigidas. Contudo, podemos afirmar que à distância sensor-fonte é crítica e afeta a resolução das imagens. O sistema é capaz de registrar imagens na ordem de 10-9 T, e sua elevada resolução espacial indica que pode ser testada como uma nova técnica biomagnética para gerar imagens em 2D de partículas magnéticas dentro de objetos, na região do campo próximo, para futuras aplicações médicas / We have designed and build a magnetic imaging system for obtaining experimental noisy and blurred magnetic images from distribution of ferromagnetic tracers (magnetite Fe3O4). The main part of the magnetic imaging system was formed by a linear array composed of 12-magnetoresistive sensors from Honeywell Inc. (HMC 1001). These sensors are microcircuits with a configuration of wheatstone-bridge and convert magnetic fields into differential voltage, which after pass for the multichannel signal stage can be to measure magnetic signals about of 10-9 T. The system is capable of scanning planar samples with dimensions up to (16x18) cm square. A full experimental characterization of the magnetic imaging system was carried out. The calibration factor for all sensor supplied by 8 V, was approximately 10-6 T/V, confirming the data sheet nominal properties from the vendor. The spatial resolution and the resolution of the magnetic imaging system were experimentally confirmed to be 3 mm and 3 nT, respectively. The spectral density noise was about , for the experimental conditions used in these studies. The signals were pre-processed for offset remove and the interpolation for spatial resolution improves and generates images of (256x256) pixels. The point spread and modulation transference functions of multi-sensor system were studied and the sensors were spaced accordingly. In this thesis, all raw images were generated by mapping the response of the magnetoresistive magnetometers multichannel array at short distances due to the presence of uncooked magnetite powder dispersed in eight planar phantoms with complex geometries and called as: PhMão; PhNum; PhLines; PhCinco; PhTrês; PhCircle; PhQuadSmall and PhQuadBig. These phantoms were magnetized by a uniform pulse field of approximately of 81.6 mT produced by a Helmholtz coil system. The samples were moved under the magnetoresistive sensors and the voltages generated by the variation in remanent magnetic field due to different magnetized ferromagnetic particles concentrations were recorded and controlled by a personal computer. Using the experimental noisy and blurred magnetic field images (raw images), and some another, a priori information\'s, the reconstruction of the magnetic field source images, such as, the distribution of ferromagnetic particles inner of the phantoms which are related with magnetic susceptibility, was obtained by various inverse problem solution algorithms\', such as, the spatial Wiener and Fourier filtering, the Pseudo-inverse filtering; the conjugated gradient and Tikhonov and Decomposition of Truncated Singular Values approaches and others. These procedures were implemented by mean of the scripts set called SmaGimFM v1.0, that we developed using the MATLAB® language from MathWorks Inc. A preliminary result shows that this magnetic imaging system join to some deconvolution technique can be considered efficient to be used in functional images of the gastrointestinal tract, where a moderate resolution is required. We can affirm that at a distance sensor-source choose is a critical parameter and affects the resolution of the images; and we can conclude that this magnetic images method can be successfully used to generate planar blurred magnetic images and magnetic field sources images in the near field region at macroscopic level generated by ferromagnetic materials.

A teoria de campo médio para o modelo de Ashkin-Teller com interações ferromagnéticas de longo alcance na presença de campos magnéticos aleatórios foi desenvolvida. Isso foi conseguido através do uso do truque de réplicas para a obtenção da energia livre e do estudo analítico das equações integrais acopladas dos parâmetros de ordem, da estabilidade de suas soluções e das suas expansões para T &#8804 Tc. Inicialmente, foram determinadas as expressões gerais das funções termodinâmicas do modelo no caso em que existiam três campos magnéticos aleatórios com distribuições gaussianas. Em seguida, foi examinado o caso particular do modelo com um só campo magnético aleatório na direção de Z = &#8249 &#948 S &#8250. A estratégia adotada se mostrou poderosa pois possibilitou a caracterização detalhada do diagrama de fases com várias superfícies de coexistência e das linhas de pontos críticos. As equações integrais das funções termodinâmicas desse caso particular foram discutidas e resolvidas numericamente para valores especiais das constantes de interação e da variância. Para o caso particular do modelo na presença de campos magnéticos aleatórios nas direções &#8249 S &#8250 e &#8249 &#948 &#8250, foram determinadas e discutidas as expressões das funções termodinâmicas. Foram também obtidas as equações das superfícies de instabilidade da solução paramagnética. Foi provado que a transição entre as fases paramagnética e de Baxter é sempre de primeira ordem. Outro resultado original da tese foi a verificação da existência da simetria de dilatação e contração do modelo de Potts na presença de campos magnéticos aleatórios. Essa simetria permite que o estudo da energia livre no intervalo q&#8712 (1,2) forneça o comportamento termodinâmico do sistema para todo q>2. / The meanfield theory of the long range Ashkin-Teller model in random fields was developed. This was obtained by using the replica trick and the study of the coupled integral equations for the order parameters, the stability of their solutions, and their expansions for T &#8804 Tc. Inicially, the expressions of the thermodynamic functions for the model in three random fields with Gaussian distributiuons were determined. After this, it was examined the particular case of the model with only one random field in the Z = &#8249 &#948 S &#8250 direction. The strategy revealed itself powerful by the detailed characterization of the phase diagram with several coexistence surfaces and lines of critical points. The integral equations of the thermodynamic functions for this particular case were discussed and numerically solved for special values of the interaction constants and field distribution variance. For the particular case of the model with random fields in the &#8249 S &#8250 and &#8249 &#948 &#8250, directions, the expressions were also determined and discussed. The equations of the instability surfaces for the paramagnetic solution were obtained, and it was proved that the para-Baxter transition line is always of first order. Another original result of the thesis was the verification of the the existence of the dilatation and contration symmetry in the Potts model with random fields. This symmetry permits that the study of the free energy in the q&#8712(1,2) interval supplies the thermodynamics behavior of the system for q>2.

Ao passar por uma fina camada magnética uma corrente spin polarizada pode produzir um efeito de torque clássico atuando na camada, sendo capaz de gerar precessão e reversão da magnetização. Esse efeito tem sido alvo de inúmeras pesquisas, em especial pela possibilidade de aplicações em memórias magnéticas não voláteis e em nano-osciladores de alta frequência, entretanto outras características podem ser exploradas. Em particular, devido ao seu caráter não-linear, torques de spin aplicados em camadas magnéticas podem fornecer condições para aparecimento de caos determinístico e ressonância estocástica. Caos determinístico pode ocorrer em sistemas dinâmicos contínuos que tenham ao menos três graus de liberdade. Nesse caso, mesmo que apenas termos determinísticos sejam considerados, a combinação de termos não-lineares e alta sensibilidade em relação a condições iniciais ou pequenas perturbações pode gerar irregularidade e imprevisibilidade no sistema. Ressonância estocástica é o nome que se dá para fenômenos em que a adição de ruído a um sistema pode melhorar a resposta do mesmo, existindo um nível ótimo de ruído. Esse fenômeno pode ser usado para detecção e amplificação de sinais de baixa intensidade, por exemplo. Aqui analisamos a dinâmica da magnetização da camada livre de junções magnéticas em geometrias do tipo nanopilar, com o estudo dividido em dinâmicas determinísticas e estocásticas. Dentro da análise apenas com termos determinísticos, buscamos verificar comportamentos regulares, irregulares e caóticos, caracterizando o sistema através da geração de diagramas com as fases dinâmicas para diferentes valores de parâmetros. Foram vistas duas geometrias diferentes, sendo que em uma delas foi possível fazer a caracterização completa das fases dinâmicas do sistema. No caso de dinâmicas estocásticas, buscamos explorar efeitos não-lineares e flutuações térmicas, analisando ressonância estocástica e sincronização facilitada por ruído em uma junção túnel magnética, além de estudar as respostas dinâmicas quando há apenas o torque de Slonczewski e quando também está presente o torque tipo campo. Foi possível observar a influência de diversos parâmetros, como a amplitude da corrente aplicada e a frequência de entrada, na resposta magnética e na sincronização de dispositivos estocásticos. Além disso, vimos que com a inclusão do torque tipo campo aparece um possível novo comportamento, similar à ressonância, em alta frequência, ainda não detectado experimentalmente. Esses resultados são importantes pela possibilidade de uso desses dispositivos spintrônicos em transmissão segura de dados, comunicação em alta frequência e em uma nova geração de dispositivos bio-inspirados e eficientes energeticamente. / When passing through a fine magnetic layer a spin polarized electric current may result in a classical torque acting on the layer, being capable of causing magnetization precession and reversal. This effect has been object of numerous researches, specially because of possible applications in non-volatile magnetic memories and high frequency nanooscillators. However, other characteristics can be exploited. In particular, because of its non-linear features, spin torques acting on magnetic layers can generate the conditions for deterministic chaos and stochastic resonance to arise. Deterministic chaos may happen in continuous nonlinear dynamical systems with at least three degrees of freedom. In this case, even if only deterministic terms are considered, the combination of nonlinearities with high sensitivity on initial conditions or small perturbations can produce irregularity and unpredictability in the dynamical behaviour. Stochastic resonance is the phenomenon in which the addition of noise in a system can produce a better output, or system response, existing an optimal noise level. This effect can be used as a way to detect and amplify low intensity signal, for example. In this PhD Thesis we study the magnetization dynamics on the free layer of magnetic junctions in nanopillar geometries. The work is divided into two parts: deterministic and stochastic dynamics. When analysing the deterministic case we tried to characterize regular, irregular and chaotic behaviours, producing dynamical phases diagrams for different system parameters. Two different geometries were analysed, being possible to generate a complete characterization of the dynamical phases in one of them. For the stochastic case we tried to explore nonlinear effects and thermal fluctuations, analysing stochastic resonance and noise-enhanced synchronization in a magnetic tunnel junction and studying the dynamical response when only one spin torque is considered, the Slonczewski torque, and also when a perpendicular torque, the field-like torque, is present. We were able to see the influence of several system parameters, such as the amplitude of the applied electric current and the input frequency, on the system response and on the synchronization of stochastic systems. Also, we noticed that with the inclusion of the field-like torque a possibly new high frequency resonance-like behaviour appears. These results are important because of the possibility of using new spintronic devices for secure data transmission, high frequency communications and on a new generation of bio-inspired devices.

We have modeled some magnetic systems, which consists of a number of sublattices, in the mean field approximation. This is possible in crystalline systems formed by two or more magnetic ions coupled by specific interactions such as the crystal field, exchange, among others. The main idea is to solve the microscopic Hamiltonian that models a given magnetic system in order to obtain their magnetic equation of state: M (H, T). For this, we use the appropriate arrangements to different magnetic (ferro-, ferri- and antiferro- magnetic) scheme sublattices. From the solutions of the Hamiltonian (eigenvalues and eigenvectors), physical quantities of interest were determined. In principle we consider systems with localized magnetism due to 3d and 4f electrons with the participation of non-magnetic ligands including 3d-4f systems with the presence of crystal field. In this dissertation we use the model of two-and three sublattices in order to obtain the equation of state for the following systems: RKKY exchange in RNi2B2C, superexchange in (Y3-zRz)(T1xFe1-x)(T2yFe3-y)O12, LixFe3- xO4 and (NixMn1-x)1.5[Cr(CN)6]. In these formulas, R represents a rare earth ion, T1 and T2 represent non-magnetic ions. Some representative cases are presented to illustrate the different equations of state and behavior of sublattices, metamagnetism, temperature compensation, etc. The extension to other similar systems can be direct or need to incorporate additional phenomenological parameters. / Consideramos neste estudo sistemas magnéticos modeláveis mediante sub- redes na aproximação do campo médio. Isto é possível em sistemas cristalinos formados por dois ou mais íons magnéticos acoplados por interações específicas como as do campo cristalino, troca, entre outros. A ideia central é resolver o hamiltoniano microscópico que modela um determinado sistema magnético de maneira a se obter sua equação de estado magnética: M(H,T). Para isto usamos o esquema de sub- redes adequado a diferentes arranjos magnéticos (ferro-, ferri- e antiferro- magnéticos). Com as soluções do hamiltoniano (autovalores e autovetores), grandezas físicas de interesse foram determinadas. Em princípio, consideramos sistemas com magnetismo localizado devido a elétrons 3d e 4f com participação de ligandos não magnéticos incluindo sistemas 3d-4f com presença de campo cristalino. Neste trabalho de dissertação empregamos o modelo de duas e três sub- redes para obter as equações de estado nos seguintes sistemas: troca tipo RKKY em RNi2B2C, supertroca em (Y3-zRz)(T1xFe1-x)(T2yFe3-y)O12, LixFe3-xO4 e (NixMn1- x)1.5[Cr(CN)6]. Nestas fórmulas, R representa um íon de terra rara, T1 e T2 representam íons não magnéticos. Alguns casos representativos são apresentados para exemplificar as diferentes equações de estado e comportamento das sub- redes, metamagnetismo, temperatura de compensação etc. Em princípio, a extensão para outros sistemas semelhantes, usando os modelos apresentados aqui, pode ser direta ou precisar incorporar parâmetros fenomenológicos adicionais.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The oil and gas industry produces huge amounts of produced water (PW), a complex effluent. This product is one of the main constituents of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), which exhibit high toxicity. Therefore, this study aims at developing and validating a method for determining PAH (Benz(a)anthracene, Benzo(b)fluoranthene, Benzo(k)fluoranthene, Benzo(a)pyrene, and Dibenzo (a,h)anthracene) in PW by using magnetic solid phase extraction (MSPE) and high-performance liquid chromatography with fluorescence detector. We synthesized three new adsorbents: FeCt (with ferric chloride and water rich in natural organic matter); FeCc (with ferric chloride, distilled water, and coconut husk), and FeSt (with ferric sulfate and water rich in natural organic matter). The x-ray diffraction and infrared spectroscopy confirmed obtaining the hybrid materials. The best extraction conditions were obtained by using ultrasonic cleaning as a mixing mechanism with time set to 2.5 minutes for adsorption and 2.5 minutes for desorption, using 10 mL of ethyl acetate as an extractor and 20 mg of hybrid FeSt; the values of PAH recovery varied from 84.3 to 92.3 %. The capacity of reusing the material was assessed and the results exhibited a great recovery with up to 4 cycles of adsorption/desorption. The methodology we propose was applied to two PW samples. The recovery values for samples PWW1 (produced water at well 1) enriched with 100μg L-1 were of 81 – 104%, without the presence of B(a)P standard. As for the PAH concentrations in the sample, they varied from 0.63 to 1.66 μg L-1 for PWW1 from 0.54 to 1.62 μg L-1 for PWW2 (produced water at well 2). The validation of the method was performed for the following parameters: linearity, which exhibits a correlation coefficient (r) above 0.9943 within the interval of 0.5 - 25 μg L-1 ; accuracy and precision, with recovery values between 98.2 – 108.9 %, and coefficient of variation 0.64 – 6.72 % for the concentration levels of 3.8 and 15 μg L-1 (n=3), respectively. LODs varied from 0.012 and 0.02 μg L-1 and LOQs, from 0.036 to 0.06 μg L-1. / A indústria de petróleo e gás produz grandes quantidades de água produzida (AP), que é um efluente complexo, sendo que um dos seus principais constituintes são os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA), os quais apresentam elevada toxicidade. Assim, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver e validar um método de determinação de HPA (Benzo(a)Antraceno, Benzo(b)Fluoranteno, Benzo(k)Fluoranteno, Benzo(a)Pireno e Dibenzo(ah)Antraceno) em AP utilizando a extração em fase sólida magnética (MSPE) e cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência. Foram sintetizados três novos adsorventes FeCt (com cloreto férrico e água com alto teor de MON), FeCc (com cloreto férrico, água destilada e bagaço de coco) e FeSt (com sulfato férrico e água com alto teor de MON). A difração de raios X e a espectroscopia de infravermelho confirmaram a obtenção dos materiais híbridos. As melhores condições de extração foram obtidas em banho de ultrassom como mecanismo de agitação, com tempo estipulado em 2,5 min para a adsorção e 2,5 min para a dessorção, utilizando 10 mL de acetato de etila como extrator e 20 mg do híbrido FeSt. Os valores de recuperação dos HPA variaram de 84,3 – 92,3 %. A capacidade de reutilização do material foi avaliada e os resultados apresentaram ótima recuperação com até 4 ciclos de adsorção/dessorção. A metodologia proposta foi aplicada em duas amostras de AP e os valores de recuperação para a amostra de APP1 (água produzida poço 1), enriquecida com 100 μg L-1, foram de 81 – 104 %, sem a presença do padrão do B(a)P, e a concentração dos HPA na amostra variou de 0,63 – 1,66 μg L-1 para o APP1, e de 0,54 – 1,62 μg L-1 para o APP2 (água produzida poço 2). A validação do método foi realizada para os parâmetros: linearidade, com o coeficiente de correlação (r) acima de 0,9943 no intervalo de 0,5 - 25 μg L-1; exatidão e precisão, com valores de recuperação entre 98,2 - 108,9 % e coeficiente de variação 0,64 - 6,72 % para os níveis de concentração 3, 8 e 15 μg L-1 (n=3), respectivamente. Os limites de detecção (LD) variaram entre 0,012 a 0,02 μg L-1 e os limites de quantificação (LQ) entre 0,036 a 0,06 μg L-1. / São Cristóvão, SE

Optical long baseline interferometry was recently established as a technique capable of resolving stars and their circumstellar environments at the milliarcsecond (mas) resolution level. This high-resolution opens an entire new window to the study of astrophysical systems, providing information inaccessible by other techniques. Astrophysical disks are observed in a wide variety of systems, from galaxies up to planetary rings, commonly sharing similar physical processes. Two particular disk like systems are studied in the thesis: (i) B He-rich stars that exhibits magnetic fields in order of kG and that trap their winds in structures called magnetospheres; and (ii) Be stars, fast rotating stars that create circumstellar viscous disks. This study uses the interferometric technique to investigate both the photosphere proper and the circumstellar environment of these stars. The objective is to combine interferometry with other observational techniques (such as spectroscopy and polarimetry) to perform a complete and well-constrained physical description of these systems. This description is accompanied by radiative transfer models performed by the HDUST code. / Interferometria óptica de longa linha de base recentemente estabeleceu-se como uma técnica capaz de resolver estrelas e seus ambientes circunstelares no nível de mili segundos de arcos (\\textit). Esta alta resolução abre uma janela inteiramente nova para o estudo de sistemas astrofísicos, fornecendo informações inacessíveis por outras técnicas. Discos astrofísicos são observados numa ampla variedade de sistemas, de galáxias à discos planetários, em geral compartilhando de processos físicos similares. Dois sistemas de discos foram estudados nesta tese: (i) o estrelas B ricas em He e que possuem campos magnéticos da ordem de kG e que confinam seus ventos em estruturas chamadas magnetosferas; e (ii) estrelas Be, estrelas de rotação rápida que criam um disco circumstelar viscoso. Este estudo usa a técnica interferométrica para investigar ambas a própria fotosfera e o ambiente circunstelar destas estrelas. O objetivo é combinar a interferometria com outras técnicas observacionais (tal como espectroscopia e polarimetria) para realizar uma descrição física completa e precisa destes sistemas. Esta descrição é acompanhada por modelos de transferência radiativa executados pelo código HDUST.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we have studied the magnetic, optical and structural properties of ZnO nanoparticles pure and doped with different concentrations of Fe and Mn synthesized by three different synthesis methods; co-precipitation (CP), hydrothermal (SH) and thermal decomposition (DT). The samples were characterized by measurements of X-ray diffraction (XRD) and analyzed allied to Rietveld refinement method, absorption in the UV-Vis region, scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM), and magnetization measurements as a function of field and temperature (MvsH, MvsT). Through XRD analysis we have observed a dependence of the nanoparticle size with increasing temperature for both CP and SH methods well as a change in morphology with temperature for the samples system synthesized by SH. XRD analysis through the Williamson-Hall plot and TEM images show that particles obtained by SH and CP methods present an anisotropic growth, different of the particles obtained by DT method, that they present a spherical-like shape. The XRD results for Zn1-xFexO systems obtained by the CP and SH present only one phase but from point of view magnetic properties we have observed that these samples present transition at low temperature (T = 10 K) similar to an antiferromagnetic ordering. However, the Zn1-xFexO samples obtained by DT synthesis we have observed a paramagnetic behavior evidenced by MvsT curves. Therefore, at room temperature the MvsH curves indicated a ferromagnetic behavior. All Mn-doped ZnO samples present a paramagnetic behavior. The UV-Vis results show for all systems a slow increase in gap band with increases of dopant concentration. / Neste trabalho estudamos as propriedades magnéticas, ópticas e estruturais de nanopartículas de ZnO puras e dopadas com diferentes concentrações Fe e Mn sintetizadas por três diferentes métodos de síntese; co-precipitação (CP), hidrotérmico (SH) e decomposição térmica (DT). As amostras foram caracterizadas por medidas de difração de raios X (DRX) e analisadas juntamente ao método de refinamento Rietveld, absorção na região UV-Vis, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão (MEV e MET) e medidas de magnetização em função do campo e da temperatura (MvsH, MvsT). Através das análises de DRX, nós temos observado uma dependência do tamanho da nanopartícula com o aumento da temperatura para ambos os métodos CP e SH, bem como uma variação na morfologia com a temperatura para o sistema de amostras sintetizado pela SH. Análises do gráfico de Williamson-Hall e imagens de MET mostram que as partículas obtidas através dos métodos SH e CP apresentam um crescimento anisotrópico, diferentemente das obtidas pelo método de DT, as quais apresentam morfologia esférica. Além disso, os resultados de DRX mostram que os sistemas Zn1-xFexO obtidos pela CP e SH apresentam somente uma fase, porém do ponto de vista das propriedades magnéticas observamos que as amostras apresentam uma transição em baixa temperatura (T = 10 K) similar a um ordenamento antiferromagnético. Por outro lado, as amostras de Zn1-xFexO obtidas pela síntese de DT observamos um comportamento paramagnético evidenciados pelas curvas de MvsT. No entanto, em temperatura ambiente as curvas de MvsH indicaram um comportamento ferromagnético. Todas as amostras de ZnO dopadas com Mn apresentam um comportamento típico de um material paramagnético. Resultados de absorção de UV-Vis para todos os sistemas estudados mostram um leve aumento na energia de gap com o aumento da concentração do dopante.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we study the structural and magnetic properties of pure and TM-doped CeO2 nanoparticles (TM: Mn, Cr, Co and Fe) obtained by the co-precipitation and hydrothermal methods. X-ray diffraction (XRD) results allied to the Rietveld refinement method indicate that all samples present single-phase with structure isomorphous to the CeO2. Average crystallites size was determined using the full width at half maximum from XRD patterns and their sizes were from of 7 to 13 nm. Transmission electron microscopy (TEM) images 10% doped samples show the presence of particles with spherical-like morphology and average sizes in good agreement with the estimated by XRD. From ultraviolet–Visible (UV–Vis) spectroscopy absorption measurements we estimated the optoelectronic gap of the samples, which vary between 2.87 and 3.44 eV. Analyses from magnetization curves as a function of temperature (MvsT) using Curie-Weiss law show that the number of paramagnetic ions per molecule (n) increases with the increasing of the Mn concentration. Already for 10% doped samples with different ions the (n) obeys the following order Mn ˂ Fe ˂ Cr ˂ Co for samples obtained by co-precipitation and Co ˂ Cr ˂ Mn ˂ Fe for the samples obtained by hydrothermal synthesis. Magnetization curves as a function of the magnetic field (MvsH) show that the the systems present a weak ferromagnetic behavior at 5K and paramagnetic at temperature higher than 200 K. / Neste trabalho estudamos as propriedades estruturais e magnéticas de nanopartículas de CeO2 pura e dopadas com diferentes concentrações de metais de transição (MT: Mn, Cr, Co e Fe) obtidas pelo método de co-precipitação e de síntese hidrotérmica. Resultados de difração de raios X (DRX) aliados ao método de refinamento Rietveld indicam a formação de uma única fase isomorfa ao CeO2, cujos tamanhos médios das nanopartículas variam entre 7 e 13 nm quando sintetizadas por co-precipitação e entre 8 e 12 nm quando obtidas por síntese hidrotérmica. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) das amostras dopadas com 10% dos metais de transição mostram a presença de partículas com morfologia tendendo à esferas e tamanhos médios das partículas em bom acordo com os tamanhos estimados por DRX. Através de medidas de absorção na região do ultravioleta ao visível (UV-vis) estimamos o gap optoeletrônico das amostras, os quais variam entre 2,87 e 3,44 eV. Resultados das medidas de magnetização em função temperatura (MvsT) usando a lei de Curie-Weiss indicam que o número de íons paramagnéticos por molécula cresce de forma sistemática com o aumento da concentração de Mn nos dois métodos de síntese. Já para o caso das amostras dopadas com 10% do MT, esse número obedece a seguinte ordem Mn ˂ Fe ˂ Cr ˂ Co para o sistema obtido por co-precipitação e Co ˂ Cr ˂ Mn ˂ Fe para o sistema obtido por síntese hidrotérmica. Medidas de magnetização em função do campo magnético (MvsH) mostram que as nanopartículas apresentam um possível ordenamento ferromagnético fraco em 5K e um comportamento típico de um material paramagnético acima de 200K. / São Cristóvão, SE