Over the last decades, several works have been devoted to the investigation of a new class of hybrid spin systems with nodal localized Ising spins and interstitial delocalized electrons. In a diamond-like geometry, this class of models depicts magnetization plateaus and an enhanced magnetocaloric effect. In square lattices geometry, the quantum correlations may lead to ferromagnetic or antiferromagnetic ordering depending on the filling fraction of the delocalized orbitals. In the present work, we study the magnetic and thermodynamic properties of a hybrid spin ladder consisting of Ising spins placed in distinct chains, interacting with each other through a ferromagnetic exchange coupling φ. The interaction between nearest neighbor’s localized spins on the same chain is mediated by a pair of interstitial electrons that may hop between chains with hopping amplitude t obeying Pauli’s Exclusion Principal. The exchange interaction between each localized spins and an interstitial electron is J. The interplay of hopping amplitude and exchange interaction may give rise to a rich phase diagram for the ground state of the system. Such a model may be exactly solvable by using decoration-iteration transformation, transfer matrix method and exact diagonalization. Our results show that quantum correlations betweeen delocalized spins induce an antiferromagnetic coupling between chains that competes with the ferromagnetic exchange coupling. A resulting kinecally-driven frustration is predominant in the regime of low temperatures and large hopping amplitudes. We provide the full ground-state phase diagram as well as the frustration diagram on distinct coupling regimes. The effect of an external magnetic field are also investigated. Further, we determine how the hopping amplitude and an external magnetic field affect different thermodynamics properties of the system, such as total magnetization, specific heat and magnetocaloric rate. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nas últimas décadas, vários trabalhos têm sido dedicados à investigação de uma nova classe de sistemas de spins híbridos, formados por spins de Ising nodais localizados e elétrons intersticiais delocalizados. Na geometria do tipo diamante, esta classe de modelos apresenta platô de magnetização e um efeito magnetocalórico pronunciado. Em uma geometria de rede quadrada, as correlações quânticas podem levar a um ordenamento ferromanético ou antiferremagnético dependendo da fração de preenchimento dos orbitais delocalizados. No presente trabalho, nós estudamos as propriedades magnéticas e termodinâmicas de escada de spins híbridos, consistindo em spins de Ising localizados em cadeias distintas, que interagem por meio de acoplamento ferromagnético de troca φ. A interação entre os primeiros vizinhos de spins localizados numa mesma cadeia é mediada por um par de elétrons intersticiais que podem saltar entre as cadeias com amplitude de hopping t, obedecendo ao Princípio de Exclusão de Pauli. A interação de troca entre os spins localizados e os spins intersticiais é J. A competição entre as interações de troca e a amplitude de hopping pode dar origem a um rico diagrama de fases para o estado fundamental do sistema. Este modelo pode ser exatamente solúvel usando a transformação de iteração-decoração, método da matriz de transferência e diagonalização exata. Nossos resultados mostram que as correlações quânticas entre os spins delocalizados induzem um acoplamento antiferromagnético entre as cadeias que compete com o acoplamento ferro-magnético de troca. Uma frustração induzida cineticamente é predominante no regime de baixas temperaturas e grandes amplitudes de hopping. Nós fornecemos um diagrama de fases completo para o estado fundamental do sistema, bem como o diagrama de frustração para diferentes regimes dos acoplamentos. Os efeitos de um campo magnético externo também são investigados. Além disso, nós determinamos como a amplitude de hopping e um campo magnético externo afetam diferentes propriedades termodinâmicas do sistema, tais como a magnetização total, o calor específico e a taxa magnetocalórica.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufal.br:riufal/1659 |
| Date | 12 August 2016 |
| Creators | Carvalho, Rosa Carolina Pinto |
| Contributors | Lyra, Marcelo Leite, http://lattes.cnpq.br/0907001903528428, Pereira, Maria do Socorro Seixas, http://lattes.cnpq.br/8409575009099582, Moura, Francisco Anacleto Barros Fidelis de, http://lattes.cnpq.br/2051616130490628, Gléria, Iram Marcelo, http://lattes.cnpq.br/2446723331523216, Souza, Sérgio Martins de, http://lattes.cnpq.br/5009442255294234, Leyva, Moisé Porfírio Rojas, http://lattes.cnpq.br/0838038994543888 |
| Publisher | Universidade Federal de Alagoas, Brasil, Programa de Pós-Graduação em Física da Matéria Condensada, UFAL |
| 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 UFAL, instname:Universidade Federal de Alagoas, instacron:UFAL |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1659/2/license.txt, bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1659/1/Propriedades+magn%C3%A9ticas+e+termodin%C3%A2micas+de+uma+cadeia+dupla+formada+por+spins+h%C3%ADbridos.pdf |
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