This thesis is mainly devoted to the study of the magnetic and magnetocaloric properties
of ferromagnetic systems in the context of the pair approximation model. This
model considers an exact interaction (Oguchi approximation) of the main ion with the
nearest-neighbor and additionally (in some cases) with the next-nearest-neighbor. For the
analysis, the Ising (= 1) and Heisenberg ( = 0) models were considered, taking into
account two cases, namely, the cubic lattice with common magnetic moment (Si = Sj
sublattices) and the cubic lattice with mixed spin (Si 6= Sj). Initially we consider spinonly
dependent ferromagnetic system, in which the nearest-neighbor hamiltonian has the
Zeeman, bilinear (J1) and biquadratic (J01
) exchange terms, with and without bilinear
exchange anisotropy, = 1 and 0, respectively. The magnetization (ghSz
i i) and critical
temperature (TC) were investigated through their dependence with the biquadratic exchange
parameter (J01
). It was veri ed, especially in the negative regions of this parameter
J01
< 0 < J1, changes on the ground state of the spin con guration, being more visible
in the Heisenberg model. The consideration of a next-nearest-neighbor hamiltonian, improves
the accuracy in the determination of the spin-lattice correlation, especially in the
magnetic phase transition region. In addition, we considered a mixed spin system (Si =
9/2 and Sj = 7/2) with a hamiltonian composed of the Zeeman, bilinear exchange (J1)
and uniaxial anisotropy (D) terms. With D favoring the z-axis direction of the spin at site
i, the major contributions to ghSz
i i of this type of anisotropy are found in the Ising model.
Also, the pair model was applied to the RAl2 series (R = Gd, Tb and Tm), considering
the cubic crystalline eld, in order to calculate its magnetic and magnetocaloric properties.
In each of the cases, from the equation of state, we obtained the low temperature
isotherm (T0) and determined the area under the curve in the Hi H Hf eld range.
We also determined the area described by the magnetic entropy change (in the same eld
range) for T T0. The equality of the mentioned areas validates the area sum-rule of
the magnetocaloric e ect. In particular, for T0 = 0, quantum transitions are revealed
as magnetic plateaus interrupted by discontinuities in magnetization at critical elds. In
this case, from the comparison with the entropy-change curves, the area sum-rule is also
validated. Finally, the magnetic contribution to the electrical resistivity was determined
and the expected similarity with the magnetic entropy variation was con rmed. / Esta tese é dedicada principalmente ao estudo de propriedades magnéticas e magnetocalóricas de sistemas ferromagnéticos no contexto da aproximação de pares, considerando uma interação exata (método de aproximação de Oguchi) do íon principal com o vizinho mais próximo e adicionalmente (em alguns casos) com o segundo vizinho mais próximo. Para as análises foram considerados os hamiltonianos de Ising ( = 1) e Heisenberg ( = 0), levando em consideração dois casos: rede cúbica com sítios magnéticos de momento
magnético comum (sub-redes Si = Sj) e rede cúbica com spins mistos (sub-redes
Si 6= Sj). Inicialmente consideramos um sistema ferromagnético somente de spin em que
o hamiltoniano (de vizinho mais próximo) apresenta os termos Zeeman, troca bilinear
(J1) e biquadrática (J01
), com e sem termo de anisotropia de troca bilinear (= 1 e 0, respectivamente).
A magnetização (ghSz
i i) e a temperatura crítica (TC) foram investigadas
através da sua dependência com o parâmetro de troca biquadrático (J01
) e verificou-se que,
especialmente em regiões negativas de J01
< 0 < J1, são apresentadas modi cações na con-
guração de spin no estado fundamental, sendo mais visíveis no modelo de Heisenberg. A
consideração de um hamiltoniano de primeiro e segundo vizinhos mais próximos, melhora
a precisão na determinação da correlação entre os spins da rede, sobretudo na região de
transição de fase magnética. Por outro lado, consideramos um sistema com interação entre
spins mistos (Si =9/2 e Sj=7/2) com um hamiltoniano composto dos termos Zeeman,
troca (bilinear (J1)) e anisotropia uniaxial (D). Com D favorecendo a direção do eixo-z do
spin no sitio i, as maiores contribuições para ghSz
i i deste tipo de anisotropia encontram-se
no modelo de Ising. Por m, o modelo de pares foi aplicado para a série RAl2 (R= Gd,
Tb e Tm) considerando o campo cristalino cúbico a m de calcular suas propriedades
magnéticas e magnetocalóricas. Em cada um dos casos descritos, da equação de estado,
obtivemos a isoterma de baixa temperatura (T0) e determinamos a área envolvida pela
mesma na faixa de campos Hi H Hf . Determinamos também a área descrita pela
variação de entropia magnética (na mesma faixa de campos) para T T0. A igualdade
das áreas mencionadas valida a regra das áreas do efeito magnetocalórico. Em particular,
para T0=0, transições quânticas se revelam como platôs magnéticos interrompidos por
descontinuidades na magnetização nos campos críticos. Do confronto com as curvas de
variação de entropia, a regra das áreas também é validada. Adicionalmente foi determinada
a contribuição magnética à resistividade elétrica e comprovada sua semelhança com
a variação de entropia magnética. / São Cristóvão, SE
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:ri.ufs.br:riufs/8847 |
| Date | 30 November 2017 |
| Creators | Xavier, Maria Oliveira Santos |
| Contributors | Plaza, Edison Jesús Ramírez |
| Publisher | Pós-Graduação em Física, Universidade Federal de Sergipe |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFS, instname:Universidade Federal de Sergipe, instacron:UFS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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