Nesta dissertação é apresentado um estudo experimental da densidade de energia cinética (Ek), induzida pela aplicação de um campo magnético, em cinco amostras de três sistemas supercondutores do tipo II. As amostras consistem em dois policristais do sistema SmBa2Cu3O7− (Sm123), dois monocristais do sistema Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi2212) com concentrações de oxigênio ligeiramente diferentes, e um monocristal do ferro-pnictídeo BaFe1,84Co0,16As2 (BaFeCoAs). Em todos os casos, a densidade de energia cinética é obtida através da expressão proposta por Doria e colaboradores: Ek = −MB, onde M é a magnetização de equilíbrio e B é a indução magnética. A magnetização é obtida a partir de medidas do momento magnético realizadas segundo os procedimentos ZFC (zero field cooled ) e FC (field cooled ). Este estudo limita-se à região reversível da magnetização, nas proximidades da temperatura crítica da transição supercondutora. Para todas as amostras, é feita uma análise qualitativa do comportamento da linha de irreversibilidade e, nas amostras de Bi2212, são observados os efeitos da anisotropia para as situações em que o campo externo é aplicado nas orientações paralela ou perpendicular às camadas atômicas de CuO2. No caso do BaFeCoAs, apenas a configuração em que o campo é aplicado paralelamente ao eixo principal de simetria é investigada. Nas amostras de Sm123 encontraram-se contribuições à energia cinética correspondentes à região de campos intermediários. Nesta região, a magnetização pode ser estudada na aproximação de London para a teoria de vórtices em supercondutores do tipo II. Nas amostras de Bi2212, as contribuições identificadas para Ek originam-se de vórtices do tipo Abrikosov e da granularidade intrínseca. Nestas amostras, quando o campo magnético é aplicado paralelamente aos planos de CuO2, há evidências da ocorrência de uma transição de primeira ordem envolvendo o sistema de vórtices, o qual evolui de um regime 3D para 2D com o aumento da temperatura. Na amostra de BaFeCoAs, a densidade de energia cinética apresenta máximos locais em diferentes valores de temperatura e campo magnético, além de notáveis efeitos de pinning. / This dissertation presents an experimental study about the behavior of the kinetic energy density, Ek, induced by an applied magnetic field on five samples of three different type II superconducting systems. These samples are: two SmBa2Cu3O7− (Sm123) polycrystals, two Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi2212) single crystals with slightly different oxygen concentrations, and one BaFe1,84Co0,16As2 (BaFeCoAs) single crystal. The kinetic energy density is obtained through the expression proposed by Doria et al.: Ek = −MB, were M is the equilibrium magnetization and B is the magnetic induction. The magnetization is obtained from magnetic moment measurements carried out following the ZFC and FC procedures. This study is limited to the reversible magnetization region near the critical temperature. For all samples, a qualitative analysis of the irreversibility line is performed. Anisotropy effects are observed in the Bi2212 samples when the external field is applied parallel or perpendicular to the CuO2 atomic planes. For the BaFeCoAs sample, only the configuration where the external field is applied parallel to c-axis is investigated. In the Sm123 samples, the kinetic energy contributions correspond to the intermediate field region, where the magnetization is described by the London approximation for the vortex theory in type II superconductors. In the Bi2212 samples the identified contributions for Ek originate from Abrikosov type vortex and intrinsic granularity. When the magnetic field is applied parallel to the CuO2 planes, evidences are observed for the ocurrence of a first-order transition nearly below Tc, related to decoupling of the vortex lattice from a 3D configuration to a 2D regime upon increasing the temperature. The kinetic energy density in the BaFeCoAs sample presents some local maxima in different temperature and field values. This sample also show strong pinning effects.

Esta dissertação estuda as constantes de troca para vizinhos distantes no semicondutor magnético diluído Cd(1-x)Mn(x)Se, que tem a estrutura da wurtzita. O método dos degraus de magnetização foi empregado, a partir de medidas de magnetização a 20 mK e campos magnéticos de até 5 Tesla. Mediram-se pela primeira vez os valores de quatro constantes de troca antiferromagnéticas para vizinhos distantes (além das duas constantes conhecidas para primeiros vizinhos). Os valores obtidos são: J(3) /kB =-0.35 ± 0.01K, J(4) /kB =-0.20 ± 0.01K, J(5) /kB =-0.10 ± 0.01K e J(6) /kB = -0.08 ± 0.01K.. Para a identificação dos pares correspondentes às interações de troca medidas utilizou-se a estatística de clusters supondo uma distribuição aleatória dos íons de Mn. Simulações teóricas que consideram até clusters de tipo quarteto na estrutura hcp dos cátions foram implementadas. Uma identificação completa não foi possível por causa de coincidências entre populações de pares diferentes que ocorrem na estrutura deste material. Os resultados apresentam uma grande similaridade com os observados nos compostos cúbicos da mesma família

A ideia de transferência de spin, como forma de controle da magnetização, foi introduzida independentemente por Slonczewski e por Berger em 1996. Desde então, esse efeito tem sido alvo de inúmeras pesquisas, em especial pela possibilidade de aplicações em memorias magnéticas não voláteis e em osciladores de alta frequência. Devido _a complexidade do problema, a grande maioria das pesquisas teóricas sobre o assunto _e baseada em resultados numéricos. Porém, esses métodos podem dificultar a visualização das influências individuais dos diferentes termos envolvidos. Para isso, seria melhor a utilização de métodos analíticos, o que nos motiva a buscar por esses resultados. Nesse trabalho, apresentamos uma revisão sobre a teoria básica do efeito de transferência de spin e da dinâmica da magnetização. São revistas as principais equações que descrevem o comportamento da magnetização, as equações de Landau-Lifshitz e de Landau-Lifshitz-Gilbert, e comparadas suas componentes quando da inclusão do termo de transferência, analisando a melhor forma de incluir esse termo. É destacada a contribuição dada pelo termo de transferência na frequência de precessão da magnetização, que aparece ao se utilizar a equação de Landau-Lifshitz-Gilbert. Após essa revisão dos conceitos base, são buscadas soluções analíticas para a dinâmica da magnetização da camada livre de um sistema nanopilar em tricamada. Quatro casos são analisados: primeiro um sistema sem anisotropias e sem a inclusão do campo de Oersted, no segundo caso é incluído um termo de anisotropia e no terceiro novamente um sistema sem anisotropias, mas com a inclusão do campo de Oersted. Todas essas análises são feitas em uma aproximação de macrospin. Por último, uma aproximação de microspin com campo de Oersted. Nos três primeiros casos, é possível obter resultados analíticos e simular os resultados. São estimados o tempo de reversão e a frequência de precessão estável. / The idea of spin transfer as a way to control magnetization was introduced independently by Slonczewski and Berger in 1996. Since then, this e ect has been the subject of numerous studies, especially for potential applications in nonvolatile magnetic memories and high-frequency oscillators. Due to the complexity of the problem, the vast majority of theoretical research on this subject is based on numerical results. However, these methods might not display the in uences of individual terms involved. For this, it would be better to use analytical methods, which motivates us to search for these results. In this paper, we review the basic theory of spin transfer e ect and of magnetization dynamics. We review the main equations that describe the behavior of magnetization, the Landau-Lifshitz and Landau-Lifshitz-Gilbert equations, and compare its components when inserting the spin torque term, analyzing the best way to include this term. The contribution of spin transfer on magnetization precession frequency, which appears when using the Landau-Lifshitz- Gilbert equation, is emphasized. After this review of basic concepts, analytical solutions for magnetization dynamics of the free layer in a tri-layer nanopillar are searched. Four cases are analyzed: rst a system without anisotropy and without the inclusion of the Oersted eld, in the second case an anisotropy term is considered and in the third case, again a system without anisotropy, but with the inclusion of Oersted eld. All these analisys are done in a macrospin approximation. Finally, a microspin approach including Oersted eld. In the rst three cases, it is possible to obtain analytical results and simulate these results. Reversal time and stable precession frequency values are estimated.

Neste trabalho serão apresentados resultados recentes de estudos de magnetorresistência gigante (GMR), na configuração corrente perpendicular ao plano, e de transferência de spin (TS) em multicamadas magnéticas. Para tal foram desenvolvidos sistemas de análise magnetorresistiva, assim como a preparação de amostras. O ponto fundamental para este tipo de estudo está, basicamente, na construção de sistemas que apresentam alta densidade de corrente e com estabilidade. Com o objetivo de contornar estas dificuldades, o problema foi abordado em duas frentes de estudo: i) nanocontatos e nanopilares, e ii) nanoponteiras. Os nanocontatos e as nanopilares são estruturas que apresentam características similares às multicamadas convencionais, mas que apresentam dimensões laterais de ordem nanométrica. Elas podem ser fabricadas por nanolitografia, tornando a confecção das amostras bastante delicada e complexa. Nesta etapa do trabalho dois tipos de materiais foram utilizados como camada para a gravura: PMMA e alumina. No primeiro caso, PMMA, técnicas de litografia por microscopia de força atômica (AFM) e feixe de elétrons foram utilizadas. No caso da alumina utilizou-se litografia por feixe de íons focalizados (FIB). Nos estudos via nanoponteiras destacam-se duas características importantes: a construção das nanoestruturas e a estabilidade do sistema de medidas. Para a fabricação foram utilizados fio de tungstênio, os quais foram preparados por eletrocorrosão. Durante o desenvolvimento das ponteiras foram feitas algumas modificações que resultaram numa otimização da estrutura final. As principais foram: uso de um campo magnético estático durante a corrosão, gerando um melhora significativa da qualidade das ponteiras e o recobrimento da região nanoscópica por uma camada de material magnético. O aparato de medida também sofreu várias transformações durante o desenvolvimento da tese. Um conjunto de melhorias na estabilidade e na aproximação das nanoponteiras acarretaram em melhoras na qualidade e na reprodutibilidade das medidas. Os principais resultados apresentados nesta tese são: i) desenvolvimento de técnicas de fabricação de sistemas nanométricos para análise dos efeitos de magnetorresistência gigante e de transferência de spin; ii) o uso de PMMA e alumina para a gravação nanolitografada; iii) condições ótimas para a obtenção de nanoponteiras; e iv) observação da função de camada polarizadora de spin, quando a nanoponteira é recoberta por material magnético. / In this work, spin transference and current perpendicular to the plane giant magnetoresistance (GMR) studies are presented. Specific measurement system and samples were also prepared. The crucial point concern these type of measurements is the design of devices that allow stable and high current densities. In this way, two approaches were considered: i) nanocontact and nanopillar systems and; ii) nanotip systems. Nanocontacts and nanopillars are structures defined by nanometric lateral dimensions. It can be fabricated through nanolithography techniques which are intrinsically complex. In the current work, two different materials were used as lithography mask: PMMA and alumina. For the first one, PMMA, atomic force microscopy (AFM) and e-beam lithography techniques were performed. For alumina, focus ion beam (FIB) lithography was used. In the nanotips experiments, two important issues were overcome: the fabrication of the nanostructures and the measurement system stability. For the nanotip fabrication, tungsten wires were subjected to electrocorrosion. Some process improvements were developed such as the use of static magnetic field during the corrosion, which leads to better tip quality. Also, processes involving tip coating by magnetic layers were developed. The measurement apparatus was also improved during the current research. The stability of the system and the tip approach to the surface are some crucial points which were improved leading to better measurement quality and reproducibility. The principal results of this thesis can be summarized as: i) development of nanometric structures to spin transference and giant magnetoresistance experiments; ii) the use of PMMA and alumina layers in the fabrication of nanocontacs and nanopillars; iii) the improvement of nanotip fabrication; iv) the observation of exchange in the spin polarizer layer when using magnetic coated nanotips.

Nesta dissertação é apresentado um estudo experimental da densidade de energia cinética (Ek), induzida pela aplicação de um campo magnético, em cinco amostras de três sistemas supercondutores do tipo II. As amostras consistem em dois policristais do sistema SmBa2Cu3O7− (Sm123), dois monocristais do sistema Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi2212) com concentrações de oxigênio ligeiramente diferentes, e um monocristal do ferro-pnictídeo BaFe1,84Co0,16As2 (BaFeCoAs). Em todos os casos, a densidade de energia cinética é obtida através da expressão proposta por Doria e colaboradores: Ek = −MB, onde M é a magnetização de equilíbrio e B é a indução magnética. A magnetização é obtida a partir de medidas do momento magnético realizadas segundo os procedimentos ZFC (zero field cooled ) e FC (field cooled ). Este estudo limita-se à região reversível da magnetização, nas proximidades da temperatura crítica da transição supercondutora. Para todas as amostras, é feita uma análise qualitativa do comportamento da linha de irreversibilidade e, nas amostras de Bi2212, são observados os efeitos da anisotropia para as situações em que o campo externo é aplicado nas orientações paralela ou perpendicular às camadas atômicas de CuO2. No caso do BaFeCoAs, apenas a configuração em que o campo é aplicado paralelamente ao eixo principal de simetria é investigada. Nas amostras de Sm123 encontraram-se contribuições à energia cinética correspondentes à região de campos intermediários. Nesta região, a magnetização pode ser estudada na aproximação de London para a teoria de vórtices em supercondutores do tipo II. Nas amostras de Bi2212, as contribuições identificadas para Ek originam-se de vórtices do tipo Abrikosov e da granularidade intrínseca. Nestas amostras, quando o campo magnético é aplicado paralelamente aos planos de CuO2, há evidências da ocorrência de uma transição de primeira ordem envolvendo o sistema de vórtices, o qual evolui de um regime 3D para 2D com o aumento da temperatura. Na amostra de BaFeCoAs, a densidade de energia cinética apresenta máximos locais em diferentes valores de temperatura e campo magnético, além de notáveis efeitos de pinning. / This dissertation presents an experimental study about the behavior of the kinetic energy density, Ek, induced by an applied magnetic field on five samples of three different type II superconducting systems. These samples are: two SmBa2Cu3O7− (Sm123) polycrystals, two Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi2212) single crystals with slightly different oxygen concentrations, and one BaFe1,84Co0,16As2 (BaFeCoAs) single crystal. The kinetic energy density is obtained through the expression proposed by Doria et al.: Ek = −MB, were M is the equilibrium magnetization and B is the magnetic induction. The magnetization is obtained from magnetic moment measurements carried out following the ZFC and FC procedures. This study is limited to the reversible magnetization region near the critical temperature. For all samples, a qualitative analysis of the irreversibility line is performed. Anisotropy effects are observed in the Bi2212 samples when the external field is applied parallel or perpendicular to the CuO2 atomic planes. For the BaFeCoAs sample, only the configuration where the external field is applied parallel to c-axis is investigated. In the Sm123 samples, the kinetic energy contributions correspond to the intermediate field region, where the magnetization is described by the London approximation for the vortex theory in type II superconductors. In the Bi2212 samples the identified contributions for Ek originate from Abrikosov type vortex and intrinsic granularity. When the magnetic field is applied parallel to the CuO2 planes, evidences are observed for the ocurrence of a first-order transition nearly below Tc, related to decoupling of the vortex lattice from a 3D configuration to a 2D regime upon increasing the temperature. The kinetic energy density in the BaFeCoAs sample presents some local maxima in different temperature and field values. This sample also show strong pinning effects.

As propriedades magnéticas de filmes finos que apresentam exchange bias são analisadas através do método de curvas de remanência. Trata-se de uma técnica comumente empregada no estudo de interações magnéticas em sistemas que apresentam laços de magnetização simétricos. Como o deslocamento em campo da curva de histerese é uma das principais manifestações do exchange bias, os valores das magnetizações remanentes podem ser distintos em módulo, ou até possuir o mesmo sinal, para os dois ramos da magnetização. Isto impede a aplicação direta do método. Uma adaptação é proposta aqui, e testada em uma variedade de sistemas que contêm interfaces entre materiais ferromagnéticos e antiferromagnéticos. Ela envolve a redefinição do sistema de coordenadas, e acaba gerando um aumento no número de gráficos distintos que podem ser construídos, evidenciando a assimetria intrínseca que existe entre os dois ramos da magnetização. Três tipos distintos de sistemas foram estudados, todos na forma de filmes finos depositados por desbastamento iônico. São eles: bicamadas de NiCu/IrMn, nas quais a temperatura de Curie do ferromagneto é menor que a temperatura de Néel do antiferromagneto; tricamadas de Co/Cu(tCu)/IrMn, construídas com espessuras variadas do espaçador de cobre com intuito de reduzir a interação efetiva entre o cobalto e o irídio-manganês; e amostras de CoFe/IrMn que possuem diferentes espessuras de material antiferromagnético. Curvas δ M(H) e gráficos de Henkel construídos para cada uma das amostras são apresentados, e os desvios do comportamento esperado para sistemas não-interagentes investigado, traçando um paralelo com parâmetros como o campo de exchange bias e o campo coercivo. Durante a interpretação dos dados, simulações computacionais foram implementadas na tentativa de separar as contribuições dos diferentes mecanismos que influenciam os processos de reversão da magnetização. / Magnetic properties of EB thin films are analyzed using the remanence plots method. This procedure is commonly employed to probe magnetic interactions in systems presenting symmetrical hysteresis curves. Since the field shift of the magnetization loops is one of the exchange bias manifestations, distinct remanence values might be observed for the two magnetization branches. This prevents the direct application of the method. An adaptation is proposed here, and tested in a variety of systems containing ferromagnetic/antiferromagnetic interfaces. It involves a redefinition of the coordinate system and gives rise to a number of distinct plots, revealing the intrinsic asymmetry between the two magnetization branches of exchange bias samples. Three different systems were studied, all in the form of thin films deposited via sputtering. These are: NiCu/IrMn bilayers, where the Curie temperature of the ferromagnet is lower than the Néel temperature of the antiferromagnet; Co/Cu(tCu)/IrMn trilayers, where the copper spacer thickness was varied in order to diminish the cobalt/iridium-manganese effective coupling; and CoFe/IrMn samples with different antiferromagnetic layer thickness. Henkel and δM(H) plots constructed for each sample are presented, and their deviations from the non-interacting behavior investigated, tracing a parallel with exchange bias parameters such as Heb and Hc. Computational simulations were employed aiming to discriminate contributions coming from different mechanisms that might influence the magnetization reversal.

The ferrites are a wide class of ferrimagnetic materials with great technological importance and are studied extensively for many decades. Their remarkable magnetic characteristics make it an element often used in induction transformers by his high magnetic permeability, high values of saturation magnetization and low coercivity, resulting in smaller losses in their hysteresis loops. In this work were characterized pure nickel ferrite (NiFe2O4), a soft magnetic material where the magnetic properties depend on the nature of the ions, their charges and their distribution among the tetrahedral and octahedral sites. Heat treatment and sintering time were emphasized. In order to improve one of the most important parameters for such an application, the saturation magnetization, new samples were doped with zinc at various concentrations (Ni1-xZnxFe2O4). Two new series were prepared starting from the higher value of the previous series (Ni0,6Zn0,4Fe2O4) with two new doping, indium and gadolinium. Finally, the values of saturation magnetization and initial permeability could be compared with samples of commercial cores, showing the potential of the compound to be used as the core of magnetic induction. / As ferritas formam uma ampla classe de materiais ferrimagnéticos com grande importância tecnológica e têm sido estudadas exaustivamente ao longo de décadas. Suas notáveis características magnéticas as tornam um elemento frequentemente utilizado em transformadores de indução por sua alta permeabilidade magnética, altos valores de magnetização de saturação e baixa coercividade, resultando em perdas menores observadas em seus ciclos de histerese. Neste trabalho foram caracterizadas ferritas de níquel pura (NiFe2O4), um material magnético mole onde as propriedades magnéticas dependem da natureza dos íons, suas cargas e sua distribuição entre os sítios tetraédricos e octaédricos. Nessa fase o tratamento térmico e o tempo de sinterização tiveram ênfase. A fim de melhorar um dos parâmetros mais importantes para tal aplicação, a magnetização de saturação, foram feitas novas amostras dopadas com zinco em várias concentrações (Ni1-xZnxFe2O4). Duas novas séries foram preparadas partindo-se do maior valor da série anterior (Ni0,6Zn0,4Fe2O4) com dois novos dopantes, o índio e o gadolínio. Finalmente, os valores de magnetização de saturação e permeabilidade inicial puderam ser comparados com amostras de núcleos comerciais, evidenciando a potencialidade do composto em ser utilizado como núcleo de indução magnética.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This study describes two families of transition metal oxides (OMT). Because of its potential and diversity of physical properties, the OMT are promising candidates for technological applications. In contrast, physically understand the complex relationship of these properties has been the main challenge of the research in this area. One of the families that was studied in this work are composed of Ruddlesden Popper type (RP), nickel base, of formula Lan+1NinO3n+1. The RP oxides have become more popular in the decade of 80, when it was discovered that a compound of this family, the La2CuO4− can become superconductive when appropriately doped. Another important property associated with the RP oxides is the colossal magnetoresistance, observed in the manganese-based compounds, such as Ca3−xLaxMn2O7. Another family of OMT studied in this work are the compounds garnets type of formula R3Fe5O12 (Where R is rare earth element or Y). This family is known to be rich in physical properties, especially magnetic, The magnetism of these compounds is associated mainly with the ferrimagnetic interaction between ions of Fe3+ in octahedral and tetrahedral coordination. The magnetic moment resulting from interactions of the Fe3+ can orient yourself antiferromagnetic with the network ion R, if it is a rare earth magnetic. A property that has been strongly investigated in compounds garnets is the magnetocaloric effect (EMC). This effect, which tracks the magnetic transitions, is more relevant and meaningful in compounds that are promising candidates for use in magnetic refrigeration. To investigate some of the physical properties of these systems were synthesized compounds (Dy, Y)3Fe3Al2O12 and Lan+1(Ni1−xZnx)nO3n+1 (n = 1, 2, 3 e 0 ≤ x ≤ 0.5). To synthesize the samples used two methods, combustion reaction (RC) and coprecipitation (CP). Both methods have proven effective for obtaining samples with the desired phase. The technique of X-ray diffraction, together with the Rieteveld refinement method was used to extract crystallographic information of the synthesized compounds. Morphological information of samples, such as size, shape and distribution of particles were investigated by the technique of scanning electron microscopy. The micrographs show that regardless of the synthesis method, the particle shape is not well defined and the size distribution is inhomogeneous. Some samples of garnets type, synthesized by CP, have particle size in the nanoscale. Some compounds were characterized by electrical resistivity measurements as a function of temperature, where it was found that the series La2Ni1−xZnxO4 it has semiconducting properties in the temperature range from 10 KM to 300 K. The magnetic properties were investigated by magnetization measurements as a function of temperature and magnetic field, where it was found that the magnetism of both systems is affected by the inclusion of non-magnetic ions. EMC was investigated in two samples of garnets type, the data were obtained from the magnetization as a function of temperature and it was found that the aluminum insert in the structure, replacing the iron, decreased temperature magnetic transition, but also reduced the intensity EMC. / Neste trabalho estudamos duas fam´ılias de ´oxidos de metais de transi¸c˜ao (OMT). Devido ao seu potencial e diversidade de propriedades f´ısicas, os OMT s˜ao promissores candidatos a aplica¸c˜oes tecnol´ogicas. Em contrapartida, compreender fisicamente a complexa rela¸c˜ao destas propriedades tem sido o principal desafio das pesquisas desta ´area.Uma das fam´ılias que estudamos neste trabalho s˜ao compostos do tipo Ruddlesden Popper (RP) a base de n´ıquel, com f´ormula Lan+1NinO3n+1. Os ´oxidos RP tornaram-se mais conhecidos na d´ecada de 80, quando foi descoberto que um composto desta fam´ılia, o La2CuO4− , pode se tornar supercondutor quando apropriadamente dopado. Outra importante propriedade associada com os ´oxidos RP ´e a magnetorresistˆencia colossal, observada em compostos a base de manganˆes, a exemplo do Ca3−xLaxMn2O7. Outra fam´ılia de OMT estudada neste trabalho s˜ao compostos tipo garnets de f´ormula R3Fe5O12 (onde R ´e um elemento terra rara ou Y). Essa fam´ılia ´e conhecida por sua riqueza de propriedades f´ısicas, especialmente magn´eticas. O magnetismo destes compostos est´a associado, principalmente, com a intera¸c˜ao ferrimagn´etica entre os ´ıons de Fe3+ em coordena ¸c˜ao octa´edrica e tetra´edrica. O momento magn´etico resultante das intera¸c˜oes do Fe3+ pode se orientar antiferromagneticamente com a rede do ´ıon R, se ele for um terra rara magn´etico. Uma propriedade que vem sendo investigada nos compostos garnets ´e o efeito magnetocal´orico (EMC). Este efeito, que acompanha as transi¸c˜oes magn´eticas, ´e mais relevante e significativo em compostos que s˜ao promissores candidatos a aplica¸c˜ao em refrigera¸c˜ao magn´etica. Para investigar algumas das propriedades f´ısicas destes sistemas, foram sintetizados compostos (Dy, Y)3Fe3Al2O12 e Lan+1(Ni1−xZnx)nO3n+1 (n = 1, 2, 3 e 0 ≤ x ≤ 0.5). Para a s´ıntese das amostras foram utilizados dois m´etodos, rea¸c˜ao de combust˜ao (RC) e coprecipita¸c˜ao (CP). A t´ecnica de difra¸c˜ao de raios X, aliada ao m´etodo de refinamento Rieteveld, foi utilizada para extrair informa¸c˜oes cristalogr´aficas dos compostos sintetizados. Informa¸c˜oes sobre morfologia das amostras, como tamanho, forma e distribui¸c˜ao das part´ıculas, foram investigadas pela t´ecnica de microscopia eletrˆonica de varredura. As micrografias revelam que independentemente do m´etodo de s´ıntese a forma das part´ıculas n˜ao ´e bem definida e a distribui¸c˜ao de tamanhos n˜ao ´e homogˆenea. Algumas amostras do tipo garnets, sintetizadas por CP, tˆem part´ıculas de tamanho na escala nanom´etrica. Alguns compostos foram caracterizados por medidas de resistividade el´etrica em fun¸c˜ao da temperatura, em que se verificou que a s´erie La2Ni1−xZnxO4 tem propriedades semicondutoras no intervalo t´ermico de 10 K a 300 K. As propriedades magn´eticas foram investigadas por medidas de magnetiza¸c˜ao em fun¸c˜ao da temperatura e do campo magn´etico, em que se verificou que o magnetismo de ambos os sistemas ´e afetado pela inser¸c˜ao dos ´ıons n˜ao magn´eticos. O EMC foi investigado em duas amostras do tipo garnets, os dados foram obtidos das medidas de magnetiza¸c˜ao em fun¸c˜ao da temperatura e se verificou que a inser¸c˜ao do alum´ınio na estrutura, em substitui¸c˜ao ao ferro, causou uma diminui¸c˜ao na temperatura de transi¸c˜ao magn´etica, por´em tamb´em reduziu a intensidade do EMC.

Orientador: Flavio Cesar Guimarães Gandra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T03:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LuzeliMoreirada_D.pdf: 8212807 bytes, checksum: 06293f4d46560e7b837f9cc74d44a027 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho apresentaremos os resultados obtidos com o estudo do efeito magnetocalórico em compostos ferromagnéticos UM2 com M=Ga, Ge, Fe e Ni e nos sistemas U(Gal-xMx)2 e (U1-yRy)Ga2 com M=AI, Ge, Si, Fe, Ni, Co e Pt e R=Dy e Er. No estudo dos compostos ferromagnéticos UM2 observamos que a formação do momento local do U é essencial para um aumento na magnitude das grandezas D S e D T , que caracterizam o efeito magnetocalórico (EMC). Usando uma hamiltoniana de campo cristalino e aproximação de campo médio calculamos as propriedades magnéticas e o EMC do composto UGa2 obtendo boa concordância com os dados experimentais. As simulações mostraram que o campo cristalino tem uma importância fundamental nas propriedades magnéticas do material. No estudo das propriedades estruturais, magnéticas e térmicas do sistema U(Gal-xMx)2 observamos que a inserção de M=A1 induz uma expansão no volume da célula unitária, reforçando o caráter de momento local, o que contribui para o aumento significativo do EMC. Já efeitos de pressão química ou mecânica aumentam a temperatura de ordenamento ferromagnético (Tc) ao mesmo tempo em que contribuem para reduzir o momento do U, desfavorecendo o EMC.Por outro lado, as propriedades eletrônicas do material dopante, como no caso dos 3d (Ni, Fe e Co ), podem interferir na interação de troca entre íons magnéticos, enfraquecendo o campo interno. A comparação direta entre os valores absolutos do EMC do U com os valores obtidos para Dy, Ho e Er no estudo do sistema RPtGa também confirma o fato de que a magnitude do efeito magnetocalórico depende fortemente do momento do íon magnético. Além disto, a exemplo do que foi observado com UNiGa, a natureza das transições magnéticas também são parâmetros, importantes e contribuem positivamente para o EMC. No sistema (U1-yRy)Ga2 observamos uma grande redução em Tc (mesmo em altas concentrações de U, y £ 0,2) e mudanças nas características do ordenamento magnético que, possivelmente, são consequencias de efeitos de diluição. A competição entre interações U-U, R-R e possíveis interações U-R induzem a formação do estado de vidro de spin em U0,2Dy0,8Ga2. A inserção de altas concentrações de Dy e Er (y ³ 0,5) aumentam o momento magnético da amostra em 70kOe e contribuem para um aumento do EMC em baixas temperaturas (T<30K). Já concentrações menores (y ~ 0,2) mostram um pico alargado em D S, similar ao obtido em compósitos / Abstract: In this work we study the magnetocaloric effect in UM2 (M=Ga, Ge, Fe, Ni), U(Gal-xMx)2 and (Ul-yRy)Ga2 (M=AI, Ge, Si, Fe, Ni, Co, Pt and R=Dy, Er) which are ferromagnetic systems. The formation of the local moment in the UM2 ferromagnetic compound is important to obtain larger values for D S and D T. We calculated the magnetic properties and the EMC for UGa2 compound using crystal field and mean field approximations. The calculated curves show good agreement with the experimental data. Our calculations show that the crystal field is of fundamental importance on the magnetic properties ofthe material. Measurements of the structural, magnetic and thermal properties of U(Gal-xMx)2 shows that the introduction of a reduced quantity of AI induce a small expansion of the unit cell volume and contributes to the increase of the U local moment and to an enhance the EMC, whereas chemical or mechanical pressures increase Tc and reduce the U moment, weakening the EMC. On the other hand, the electronic properties of the dopant material, such as 3d ions (Ni, Fe and Co ), can interfere in the exchange interaction between the magnetic ions attenuating the intemal field. The values of EMC obtained for RPtGa (R= Dy, Ho, Er and U) compounds also confirm the fact that the magnitude of magnetocaloric effect ( DS and D T values) is related with the magnitude of magnetic moment of ion. Also, as observed in UNiGa, the character of magnetic transitions is an important parameter and contributes positively to the EMC. The results for the (Ul-yRy)Ga2 series shows a faster decrease of Tc (even at the U saide, y £ 0,2) with changes on the magnetic ordering characteristic. The probable competition between U-U, R-R and U-R interactions induce the spin glass behavior in U0,2Dy0,8Ga2. For high Dy and Er concentrations (y ³ 0,5) the magnetic moment at 70 kOe is increased and contribute to enhance the EMC at low temperatures (T <30K). The results obtained for the substitution of small quantities of Dy and Er (y ~0,2) showa large D S peak, similar to a composite sample / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientadores: Marcelo Knobel, Daniela Zanchet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T12:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_ElvisLirada_M.pdf: 8983880 bytes, checksum: 9cf84b0bedd17ff35f94bf813d128441 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os arranjos de nanofios magnéticos tem atraído um interesse considerável da comunidade científica, motivado principalmente pela sua utilização como sistemas-modelo e na possível aplicação em mídias magnéticas de alta densidade de informação. O comportamento magnético macroscópico desses sistemas é fortemente dependente das anisotropias magnéticas efetivas (determinadas principalmente pelas contribuições das anisotropias de forma, magnetocristalina e magnetoelástica). Neste trabalho realizamos um estudo completo das propriedades magnéticas de nanofios magnéticos de Ni e Co, variando o comprimento dos nanofios e a temperatura das amostras. Os nanofios são obtidos por eletrodeposição em nanoporos de membranas de alumina preparadas por um duplo processo de anodização em substratos de alumínio. A caracterização estrutural dos nanofios foi feita por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução e microscopia de força magnética e revela que os arranjos de nanofios estão organizados em uma rede hexagonal onde possuem diametros de aproximadamente 35 nm e a distância entre os nanofios de aproximadamente 105 nm. O comprimento dos nanofios varia de aproximadamente 560 nm até 2250 nm. Observamos uma mudança do eixo fácil de magnetização da direção paralela ao eixo dos nanofios na temperatura ambiente para direção perpendicular ao eixo dos nanofios em baixas temperaturas. Analisamos a dependência da remanência reduzida e da coercividade em relação à temperatura e verificamos que as amostras apresentam uma temperatura de cruzamento entre as remanências reduzidas com campo aplicado paralela e perpendicularmente ao eixo dos nanofios, que varia de acordo com o comprimento dos nanofios. Interpretamos nossos resultados em termos de uma competição entre a anisotropia de forma, que tende orientar a magnetização na direção paralela ao eixo dos nanofios, e uma anisotropia dependente da temperatura, que tenta alinhar a magnetizaçao na direção perpendicular ao eixo dos nanofios. O mecanismo utilizado para tentar explicar de maneira qualitativa os resultados que observamos, ao diminuirmos a temperatura da amostra, origina-se da tensão provocada pela alumina sobre os nanofios, em decorrência dos diferentes coeficientes de expansão térmica desses materiais, que induz uma anisotropia magnetoelástica perpendicular ao eixo dos nanofios / Abstract: Arrays of magnetic nanowires have attracted considerable interest, mainly motivated by their use as model systems and by possible applications in high-density magnetic information storage. The macroscopic magnetic behavior of such systems is strongly dependent on the effective magnetic anisotropy (mainly determined by shape and crystalline contributions). In this work, we carry out a systematic study of the magnetic properties on highly-ordered magnetic arrays of Co and Ni nanowires as functions of length of the nanowires and temperature. Nanowires were obtained by electrodeposition into nanopores of alumina membranes prepared by a two-step anodization process from pure aluminium. Structural studies were performed by high resolution scanning electron microscopy and magnetic force microscopy. The images revealed uniform arrays of nanowires with diameter of 35 nm, and with hexagonal symmetry arrangement with lattice constant (or inter-nanowire distance) of 105 nm. The nanowires length varies between 560 nm and 2250 nm. We observed a change in the magnetic easy axis from parallel to the axis wires at room temperature to transverse to the wire axis at low temperatures. We analysed the temperature dependence of the reduced remanence and coercive field we verified that the samples present a crossover temperature of reduced remanence with magnetic field applied both perpendicular and parallel to the nanowires axis that varies with nanowires length. We interpreted our results in terms of a competition between the shape anisotropy of the wires, which tends to align the magnetization along the wires axis and the temperature dependent magnetic anisotropy, which tends to orient the magnetization transverse to the wires axis. The mechanism which can qualitatively explain the observed results as a function of temperature is an induced anisotropy of magnetoelastic origin transversal to the nanowires axis, caused by strains and stresses, due to the different thermal expansion coefficient of nanowires and the alumina matrix, respectively / Mestrado / Materiais Magneticos e Propriedades Magneticas / Mestre em Física