O formalismo matemático da teoria das ondas de spin é analisado. A equivalência entre as transformações de Dyson-Malleev e Holstein-Pr imakoff é demonstrada. Os problemas envolvendo a interação cinemática são discutidos em detalhe. Uma nova divisão do Hamiltoniano de Heisenberg, desenvolvida no espaço de configuração, é usada para estudar a interação dinâmica entre as ondas de spin a baixa temperatura e para grandes valores do número quântico de spin S. Assumindo que a restrição cinemática pode ser neglicenciada, a expansão da energia livre é desenvolvida em potências da temperatura e os resultados estão em acordo com os de Dyson. A relevância da aproximação diagonal de Mattis é demonstrada. Usando o método da positividade por reflexão, limites superiores e inferiores para a contribuição da energia livre são encontrados. Dentro de certa aproximação, estes limites significam que a interação dinâmica pode ser neglicenciada caso o inverso da temperatura (=1/KT), eo número quântico de spin S, forem grandes o suficiente, porém com dependente de S nestas estimativas. Este fato, que não ocorre no limite clássico, é uma característica na região das ondas de spin. / The mathematical formalismo f the spin wave theory is analysed. The thermodynamical equivalence between the Dyson-Malleev and Holstein-Primakoff transformations is proved. The problems involving the kinematical interaction are also discussed in detail. A new splitting of the Heisenberg Hamiltonian, perfomed in configuration space, is used to study the spin wave dynamical interaction at low temperature and for large values of the spin quantum number S. Assuming the the kinematical restriction may be lifted, a low temperature espansion of the free energy is developed with results in agreement with Dysons. The relevance of the Mattis diagonal approximation for the dynamical interaction is demonstrated. Using the method of reflection positivity, upper and lower bounds to the contribuition of the dynamical interaction to the free energy are provided. In a certain approximation, these bounds mean that the dynamical interaction may be dropped IF the inverse temperature (=1/KT) and the spin quantum number S are large enough but depends on S in the estimates, a novel feature wich does not occur in the classical limit but is characteristic of the spin-wave limit.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O comportamento dinÃmico de spins em materiais magnÃticos à influenciado pela geometria que eles apresentam. AlÃm disso, outro aspecto relevante à a dimensionalidade do sistema. Trabalhos recentes comprovam o interesse do estudo das propriedades magnÃticas em sistemas de baixa dimensionalidade, que à devido em grande parte as aplicaÃÃes tecnolÃgicas, tais como: nanosensores, gravadores magnÃticos de alta densidade, dispositivos magneto-eletrÃnicos, etc. Neste trabalho estudamos a propagaÃÃo de ondas de spin em nanofios magnÃticos cilÃndricos, onde a abordagem à feita utilizando teoria microscÃpica, atravÃs do Hamiltoniano de Heisenberg, em que os spins sÃo considerados fixos nos sÃtios da rede e cuja geometria da seÃÃo transversal dos cilindros à hexagonal. Entre as interaÃÃes magnÃticas estudadas consideramos: a interaÃÃo de troca que pode ser ferromagnÃtica se os primeiros vizinhos dos spins estÃo numa configuraÃÃo paralela, ou antiferromagnÃtica se estiverem antiparelelos; a interaÃÃo Zeeman que à devido ao campo magnÃtico externo aplicado ao sistema; a interaÃÃo de Anisotropia, esta sendo responsÃvel pela direÃÃo de magnetizaÃÃo preferida que diversos sistemas magnÃticos reais apresentam e a interaÃÃo dipolar de natureza magnetostÃtica, presente em todos os materiais. O formalismo leva em consideraÃÃo a dependÃncia espacial dos spins no sistema, onde os operadores de spin do hamiltoniano sÃo escritos em termos de operadores bosÃnicos de criaÃÃo e aniquilaÃÃo atravÃs da RepresentaÃÃo de Holstein-Primakoff. Em seguida, aproveitando-se da simetria translacional em uma direÃÃo devido a periodicidade da rede, realizamos a transformada de Fourier para estes operadores fornecendo um sistema de equaÃÃes matriciais no espaÃo dos vetores de onda. A partir desse sistema de equaÃÃes obtemos vÃrios espectros de excitaÃÃo como: a relaÃÃo de dispersÃo para as ondas de spin, que à o grÃfico onde mostra como a frequÃncia de ondas de spin varia em funÃÃo do vetor de onda e a variaÃÃo da energia do sistema com o campo aplicado. / The dynamical behavior of spins in magnetic materials is affected by its geometry and dimensionality. One can find several new results in the literature exploiting the magnetic properties of low dimension systems with different geometries, since the development of new devices such as: nanosensors, high density magnetic storage, etc., is closely related to new geometries. In this piece of work, we study the propagation of spin waves on cylindrical magnetic nanowires described by a microscopic theory through the Heisenberg Hamiltonian, where we consider the spins fixed at the sites lattice and the transversal section of the wire is hexagonal. Our model takes into account the exchange interaction between the spins that can be ferromagnetic or antifferomagnetic, the interaction of an external field with the spins (Zeeman interaction), anisotropic interactions due to a preferred direction of magnetization, and finally dipole-dipole interactions. The spins are described by boson operators through Holstein-Primakoff representation. The equations of motion for the spins are written in terms of these operators and translational symmetry in a preferential direction allows us to calculate several excitations spectra.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:15:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlosHOC_TESE.pdf: 15589268 bytes, checksum: 5a0a25bd59fcc76f4d53ba73163991d0 (MD5) Previous issue date: 2013-12-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In this paper we investigate the spectra of band structures and transmittance in magnonic quasicrystals that exhibit the so-called deterministic disorders, specifically, magnetic multilayer systems, which are built obeying to the generalized Fibonacci (only golden mean (GM), silver mean (SM), bronze mean (BM), copper mean (CM) and nickel mean (NM) cases) and k-component Fibonacci substitutional sequences. The theoretical model is based on the Heisenberg Hamiltonian in the exchange regime, together with the powerful transfer matrix method, and taking into account the RPA approximation. The magnetic materials considered are simple cubic ferromagnets. Our main interest in this study is to investigate the effects of quasiperiodicity on the physical properties of the systems mentioned by analyzing the behavior of spin wave propagation through the dispersion and transmission spectra of these structures. Among of these results we detach: (i) the fragmentation of the bulk bands, which in the limit of high generations, become a Cantor set, and the presence of the mig-gap frequency in the spin waves transmission, for generalized Fibonacci sequence, and (ii) the strong dependence of the magnonic band gap with respect to the parameters k, which determines the amount of different magnetic materials are present in quasicrystal, and n, which is the generation number of the sequence k-component Fibonacci. In this last case, we have verified that the system presents a magnonic band gap, whose width and frequency region can be controlled by varying k and n. In the exchange regime, the spin waves propagate with frequency of the order of a few tens of terahertz (THz). Therefore, from a experimental and technological point of view, the magnonic quasicrystals can be used as carriers or processors of informations, and the magnon (the quantum spin wave) is responsible for this transport and processing / Neste trabalho investigamos espectros de estruturas de banda e de transmit?ncia em quasicristais magn?nicos que apresentam as chamadas desordens determin?sticas, especificamente, sistemas de multicamadas magn?ticas que s?o constru?dos obedecendo as sequ?ncias substitutionais de Fibonacci generalizada (apenas os casos golden mean (GM), silver mean (SM), bronze mean (BM), copper mean (CM) e nickel mean (NM)) e k-componente de Fibonacci. O modelo te?rico ? baseado no hamiltoniano de Heisenberg para o regime de troca, juntamente com o poderoso m?todo da matriz transfer?ncia, e levando em conta a aproxima??o RPA. Os materiais magn?ticos considerados s?o ferromagnetos c?bicos simples. O principal interesse deste estudo ? investigar o efeito da quasi-periodicidade nas propriedades f?sicas dos sistemas citados analisando o comportamento da propaga??o de ondas de spin por meio dos espectros de dispers?o e de transmiss?o dos magnons nestas estruturas. Entre os resultados destacamos: (i) a fragmenta??o das bandas de volume que, no limite de altas gera??es, se tornam conjuntos de Cantor, e a presen?a da frequ?ncia de mid-gap na transmit?ncia das ondas de spin, na sequ?ncia de Fibonacci generalizada; e (ii) a forte depend?ncia do band gap magn?nico com rela??o aos par?metros k, que determina a quantidade de materiais magn?ticos diferentes presentes no quasi-cristal, e n, que ? o n?mero da gera??o da sequ?ncia k-componente de Fibonacci. Neste ?ltimo caso, verificamos que o sistema apresenta uma banda magn?nica proibida, cuja largura e regi?o de frequ?ncia podem ser controladas variando k e n. No regime de troca, as ondas de spin propagam-se com frequ?ncia da ordem de algumas dezenas de terahertz (THz). Portanto, do ponto de vista experimental e tecnol?gico, os quasi-cristais magn?nicos podem ser utilizados como transportadores ou processadores de informa??es, sendo o magnon (o quantum da onda de spin) o respons?vel por esse transporte e processamento