Procesos de magnetización en nanocompuestos granulares de ferrita de NiZn/SiO2 y Fe/SiO2 /

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2008.En el presente trabajo, se estudió el comportamiento magnético de diferentes sistemas granulares nanoestructurados y los mecanismos de reversión de la magnetización operantes, relacionándolos con la naturaleza, tamaño medio de grano, relativa abundancia de las fases presentes e interacción entre ellas. Dos conjuntos de sistemas magnéticos granulares fueron sintetizados: uno, formado por partículas nanocristalinas de Ni0,5 Zn0,5 Fe2O4 inmersas en una matriz de SiO2, fabricado mediante la técnica de molienda de alta energía y técnicas de química húmeda, como sol-gel e impregnación, y el otro conjunto, consistente de partículas nanocristalinas de óxidos de hierro inmersas, también, en una matriz de SiO2, pero sintetizado por aleado mecánico.The aim of this work is to study the magnetic behavior of granular nanostructured systems and the involved magnetization reversal mechanisms, relating them with the resulting microstructure. For this purpose, two groups of granular magnetic systems were synthesized. One of them is formed by Ni0,5 Zn0,5 Fe2O4 nanocrystalline particles immersed in a SiO2 matrix synthesized by mechanical alloying and chemical methods, such as sol-gel and wet impregnation techniques. The other group of samples, consisting of nanocrystalline particles of iron oxides also dispersed in a SiO2 matrix, was synthesized by mechanical alloying. From the structural and magnetic characterization, it is found that NiZnFe2O4/SiO2 systems are formed by monodomain particles of NiZn ferrite, having a broad particle-size distribution and a high degree of agglomeration. Such agglomerates of ferrite, strongly coupled by the exchange interaction, are surrounded by the silica phase. The magnetization reversal mechanism operating in these particles is the coherent rotation in all the composites studied, with the exception of those synthesized by the wet impregnation method. In this later case, two reversal modes are acting simultaneously: coherent rotation, for smaller particles, and nucleation and propagation of inverse domains, for those of bigger sizes. For the granular system composed of iron oxides and silica, synthesized by mechanical alloying, the structural and magnetic evolution of the composites during the mechanical milling is studied. The milling process promotes the formation of different iron oxides, resulting in nanocomposites with magnetic properties strongly dependent on the phases formed and their microstructure.Gabriela del Valle Pozo López ; directora Silvia Patricia Silvetti.Fil: Pozo López, Gabriela del Valle.Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina

Modelos quirales para las interacciones fuertes: fenomenología de mesones y transiciones de fase en presencia de campos magnéticos externos

La dinámica de quarks se encuentra descrita en el marco del Modelo Estándar por la Cromodinámica Cuántica (QCD), que formalmente es una teoría de campos de gauge no abeliana. En procesos de altas energías la propiedad de libertad asintótica presente en QCD permite obtener predicciones a partir del lagrangiano fundamental de la teoría. Sin embargo, a bajas energías (≤1 GeV) la constante de acoplamiento fuerte aumenta su valor de modo tal que las técnicas perturbativas ya no son aplicables. En este régimen los quarks se encuentran confinados en hadrones, y la simetría quiral se encuentra espontáneamente rota. El empleo de teorías efectivas permite estudiar la fenomenología de las partículas hadrónicas y analizar el comportamiento de la materia fuertemente interactuante en sistemas con temperatura y densidad finitas. En esta Tesis se estudiaron modelos efectivos para la descripción de la interacción fuerte a bajas energías. En particular, se consideraron modelos de quarks relativistas del tipo Nambu-Jona-Lasinio con interacciones no locales para dos sabores de quarks de modo de estudiar la fenomenología de los mesones livianos. Se estudió también el acoplamiento con campos magnéticos externos uniformes, y el efecto de éstos sobre las propiedades de los mesones y las transiciones de fase que sufre la materia hadrónica a temperatura finita.Facultad de Ciencias Exacta

Termodinámica : Notas de clase

Es este un libro sobre Termodinámica destinado a los estudiantes de la Licenciatura en Física y otras carreras afines en esta Universidad. Durante mi desempeño como profesor he tenido oportunidad de dictar numerosos cursos de Termodinámica y varios de Mecánica Estadística -base microscópica de la termodinámica- para las licenciaturas en Física y en Astronomía. A partir de mis notas de clase he ido elaborando los capítulos que constituyen el libro, tratando de resumir en ellos lo esencial de cada clase. En el breve texto presente se pretende integrar los conocimientos sobre termodinámica previamente adquiridos, en una formulación basada en postulados que se constituye en una teoría general de la materia y la energía. En el desarrollo lógico posterior a partir de los postulados, encuentran su lugar las diversas variables macroscópicas conocidas de la física general. Analizados los criterios de estabilidad se introducen las transiciones de fase asociadas a la violación de dichos criterios e ilustradas con una rica fenomenología en diversos campos. Luego se discuten los fenómenos críticos concluyendo en la necesidad de un postulado adicional: la hipótesis de escala. En los cursos habituales se aborda finalmente el dominio de la termodinámica fuera de equilibrio y las transiciones de fase disipativas tendiendo un puente hacia el estudio de los sistemas biológicos y otros sistemas complejos. Estos temas han quedado fuera del presente texto y tal vez sean objeto de una próxima obra. El objetivo principal de este libro es cubrir adecuadamente los contenidos de una materia fundamental para cualquier licenciado en física y otras disciplinas afines. Con ello pretende dotar a los estudiantes de una herramienta universal sencilla para encarar el estudio de cualquier sistema macroscópico, sus propiedades de equilibrio y la posible existencia de diversas transiciones de fase. Como objetivos específicos, se pueden mencionar: - ofrecer una versión unificada de las propiedades macroscópicas aprendidas en física general; - brindar un método deductivo sencillo para predecir el comportamiento de sistemas macroscópicos; - capacitar para el análisis de muy diversas transiciones de fase posibles y reconocer la universalidad de algunos comportamientos.Facultad de Ciencias Exacta

Microestructura y magnetotransporte en el sistema Cu-Co

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2019.Se caracterizó la magnetorresistencia puramente granular en el sistema Cu-Co, sin contribuciones asociadas a una descomposición espinodal ni de fases laminares precipitadas discontinuamente. Se encontró que en este sistema, en su estado as cast , la magnetorresistencia granular es sistemáticamente menor que la reportada en sistemas donde la subestructura de precipitación coexiste con perfiles de concentración de soluto resultantes de una descomposición espinodal. Lo que sugiere que la distribución granular por si sola no conlleva a una magnetorresistencia gigante.Purely granular magnetoresistance in the Cu-Co system was characterized, with no contributions related to spinodal decomposition or discontinuously precipitated lamellar phases. It has been detected that for this system, in its as-cast state, the granular magnetoresistance is systematically lower than that reported for systems where the substructure of magnetic precipitates coexists with solute concentration resulting profiles from spinodal decomposition. The aforementioned suggests that granular distribution alone does not lead to giant magnetoresistance.Nuñez Coavas, Henry. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentin

Simulaciones y experimentos en materiales tipo hielo de spin: dinámica magnética, termodinámica y acoplamiento a la red cristalina

El estudio de los materiales magnéticos con frustración geométrica intenta explicar qué sucede cuando la red de momentos magnéticos es tal que inhibe la posibilidad de alcanzar una forma de orden convencional (como el ferro o antiferromagnetismo clásico) al bajar la temperatura. Debido a la frustración, la degeneración del estado fundamental puede crecer exponencialmente con el volumen del sistema; en los llamados hielos de spin, por ejemplo, se ha medido una entropía efectiva a temperatura cero equivalente a la estimada para el hielo convencional. Otro fenómeno que caracteriza a estos hielos magnéticos es la emergencia de excitaciones muy particulares; son cuasipartículas que, encontrándose en el cristal, se comportan como monopolos magnéticos. Estas excitaciones pueden a su vez pensarse como partículas de un nuevo sistema, en el que pueden ocurrir nuevas jerarquías de orden (por ejemplo, un cristal o un líquido de monopolos magnéticos). El acoplamiento de los grados de libertad magnéticos con los estructurales también depara sorpresas: el establecimiento de orden, el fortalecimiento del desorden o incluso la formación de excitaciones combinadas (magnetoelásticas). En esta tesis estudiamos distintos aspectos de la dinámica y termodinámica de materiales tipo hielo de spin, y también de otros pirocloros tipo Ising. Pondremos cierto énfasis en la física nueva que surge de la competencia e interdependencia de los grados de libertad magnéticos y elásticos. Para ello llevamos a cabo medidas de propiedades magnéticas a baja temperatura en Dy2Ti2O7 y Ho2Ti2O7 en distintas direcciones cristalográficas. Las mismas conciernen a propiedades dinámicas y termodinámicas, con y sin compresión uniaxial. Además, realizamos simulaciones a partir de modelos realistas que buscan explicar propiedades de los materiales antes mencionados, de otros compuestos menos comprendidos como el Tb2Ti2O7, o para predecir nuevos comportamientos que podrían eventualmente surgir en otros materiales. En la primera parte investigamos la dinámica de monocristales de Dy2Ti2O7 en el rango de baja temperatura y campo magnético (B) moderado. Nuestro objetivo es profundizar sobre la física detrás de la curva fuera de equilibrio de magnetización vs temperatura. Las simulaciones y los experimentos confirman un congelamiento a temperaturas mayores para B||[001]. A continuación nos concentramos en la dinámica y la termodinámica del Dy2Ti2O7 y del Ho2Ti2O7 con campo magnético aplicado y bajo compresión precisamente a lo largo de esa dirección cristalográfica. Prestamos particular atención a la transición de Kasteleyn en tres dimensiones, predicha para bajas temperaturas. Mostramos que las características topológicas de esta transición conducen a que los dos materiales --pese a sus diferencias-- tengan un mismo diagrama de fases. Luego presentamos un caso peculiar de desorden en una red pirocloro tipo Ising: el líquido de monopolos polarizado (LMP), un fluido denso de monopolos con pinch points en las correlaciones entre pares de cargas magnéticas. Es una fase de ``materia de monopolos'' que, en principio, puede ser estabilizada en materiales reales mediante la aplicación de campo magnético junto a deformación uniaxial a lo largo de la dirección [001]. Finalmente extendemos el Hamiltoniano de hielo de spin para incluir el acoplamiento entre los spines y los iones O-2 mediado por superintercambio; lo llamamos el modelo de hielo de spin magnetoelástico (MeSI por su siglas en inglés). Ha habido una larga búsqueda de un modelo en el que los monopolos se conviertan espontáneamente (es decir, sin ruptura de simetría) en los bloques de construcción de nuevos estados fundamentales: el Hamiltoniano MeSI es el primero de este tipo de modelos.Facultad de Ciencias Exacta

Comportamento magnético e magnetotransporte eletrônico de filmes finos de MnGa sobre substratos de GaAs

Orientador: Prof. Dr. Dante Homero Mosca Jr.Coorientador: Prof. Dr. José VaraldaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 22/08/2017Inclui referências : f. 134-140Resumo: Neste trabalho descrevemos a fabricação de filmes finos da liga MnGa sobre superfícies com orientações cristalográficas distintas de substratos comerciais de GaAs usando a técnica de epitaxia de feixe molecular e investigamos suas propriedades estruturais, magnéticas e de magnetoransporte. Os filmes de MnGa com a razão Mn:Ga na proporção 1:1 e espessura de cerca de 10 nm exibem uma fase do tipo zinco-blenda com distorção tetragonal que preserva relações epitaxiais com planos cristalinos (111)B e (001) com padrão de reconstrução (1x1) e terminações rica em arsênio dos substratos de GaAs. Além disso, ambos os filmes de MnGa apresentam estrutura cristalina tetragonal de face centrada com uma texturização onde os planos cristalinos (111) encontram-se preferencialmente alinhados com as superficies (111) e (001) dos substratos de GaAs. Camadas de MnGa crescidas sobre substratos GaAs(001) e GaAs(111)B apresentam ambas campos coercivos da ordem de 20 kOe , mas os valores de suas magnetizações de saturação são 456 emu / cm3 (equivalente a 1,3 B por átomo de Mn) e 764 emu / cm3 (equivalente a 2,2 B por átomo de Mn), respectivamente, que ademais indicam comportamentos metálico e semicondutor, respectivamente. Os valores distintos de magnetização de saturação e a drástica alteração do comportamento condutor são decorrentes da presença de desordem estrutural e desordem química (defeitos de anti-sítio) distintas. Medidas de magnetização e de magnetotransporte foram usadas para determinar as contribuições dos mecanismos de espalhamento simétrico ("side-jump") e assimétrico ("skew-scattering") que foram comparadas com os valores intrínsecos previstos por cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). A contribuição intrínseca prevista para a condutividade Hall anômala devido à curvatura de Berry sobre a superfície de Fermi mostrou-se em muito bom acordo com o valor de 127 ( cm) 1 observado em baixa temperatura. Os valores elevados de coercividade, de magnetização e resistividade Hall à 300K permitem atribuir aos filmes da liga MnGa um alto potencial tecnológico para aplicações em dispositivos spintrônicos. Palavras-chave: Ligas Mn-Ga, efeito Hall anômalo, espalhamento dependente de spin, curvatura de Berry.Abstract: In this work, we describe the preparation of thin films of the MnGa alloys on surfaces with different crystallographic orientations of commercial epi-ready GaAs wafers using the molecular beam epitaxy technique and we investigated their structural, magnetic and magnetotransport properties. MnGa films with Mn:Ga ratio in the 1:1 proportion and thickness of about 10 nm exhibit a zinc-blende phase with tetragonal distortion that preserves epitaxial relationships with (111)B and (001) crystalline planes with (1x1) reconstruction and As-rich terminations of the GaAs substrates. In addition, the MnGa films exhibit bodycentered tetragonal lattice exhibitng a crytalline texture where the (111) planes are preferably aligned in parallel with the (111) and (001) surfaces of the GaAs substrates. MnGa layers grown on GaAs(001) and GaAs(111)B substrates have both coercive fields of about 20 kOe , but their saturation magnetizations are 456 emu / cm3 (equivalent to 1,3 B per atom of Mn) and 764 emu / cm3 (equivalent to 2,2 B per atom of Mn), respectively. The distinct values of the saturation magnetization and many different conducting behavior are due to the presence of distinct structural disorder and chemical disorder (antisite defects). Magnetization and magnetotransport measurements were used to determine of symmetric (side-jump) and asymmetric (skew-scattering) scattering mechanisms contributions that were compared to intrinsic contribution values predicted by first principles calculations based on Density functional theory (DFT). The intrinsic contribution predicted to the anomalous Hall conductivity because Berry curvature on the Fermi surface was found 1 127 cm , value in very good agreement with anomalous Hall conductivity measured at low temperature. The high values of coercivity, magnetization and Hall resistivity at room temperature allow to assign to MnGa films a high technological potential for applications in spintronic devices. Keywords: Mn-Ga alloys, Anomalous Hall effect, spin-dependent scattering, Berry curvature

Propiedades magnéticas y ferroeléctricas de nanocompuestos con estructura perovskita La1-xSrxMnO3 y Pb(ZrxTi1-x)O3: Simulación Monte Carlo

En el presente trabajo de tesis doctoral se muestran los resultados de simulaciones computacionales, desarrolladas empleando el método de Monte Carlo junto con el algoritmo Metrópolis y el modelo de Heisenberg, con el fin de estudiar propiedades asociadas al ferromagnetismo y la ferroelectricidad en bicapas multiferroicas constituidas por materiales tipo perovskita, en subsistemas de naturaleza ferroeléctrica y ferromagnética con acople magnetoeléctrico. Para empezar, se identificó dentro de la familia de las manganitas el compuesto 〖La〗_(1-x) 〖Sr〗_x MnO3 (LSMO) como un material ferromagnético de interés,dada su alta polarización magnética, su elevada temperatura crítica, sus conocidas propiedades magnetostrictivas y un variado diagrama de fases directamente relacionado con la composición x. Así mismo, se escogió para su estudio el material Pb(〖Zr〗_x 〖Ti〗_(1-x))O3 (PZT) por sus bondades como material ferroeléctrico; esto es, su alta temperatura crítica, polarización espontánea y coeficiente piezoeléctrico. Lo anterior, teniendo en cuenta además, los reportes experimentales sobre bicapas de estos mismos compuestos, en los cuales se evidenciaba un acople magnetoeléctrico significativo entre ambos. En una segunda instancia, se determinaron valores para las constantes de intercambio magnético y de interacción entre dipolos eléctricos que reprodujeran el comportamiento de la temperatura crítica en cada bicapa para un nivel de dopaje de x=1/3 y x=0.5 para el LSMO y el PZT respectivamente. De igual forma, se estudió el efecto sobre las simulaciones, de los distintos parámetros del modelo, ajustándolos a valores para los cuales se recrearan las características magnéticas y eléctricas esenciales de los dos compuestos. Tanto en el caso de la capa FM como el de la capa ferroeléctrica (FE), se realizaron estudios de propiedades magnéticas y eléctricas en función de la temperatura, como magnetización y polarización por sitio de red, susceptibilidad magnética y eléctrica. Igualmente, se analizó el comportamiento de la capa ferromagnética (FM) al variar el campo magnético y de la capa magnética al variar el campo eléctrico, teniendo en cuenta además, el efecto de una deformación de las películas por la aplicación de un esfuerzo perpendicular a las mismas. Se analizaron ciclos de histéresis variando la temperatura y el espesor de las capas. Adicionalmente, se estudió el comportamiento de la resistividad de la capa magnética variando el campo magnético, la temperatura, la deformación y el espesor de las películas. Finalmente, se estudiaron las bicapas de los sistemas magnético y eléctrico, analizando su respuesta a variaciones en temperatura, campo eléctrico, campo magnético, deformación por presión uniaxial y espesor. Se encontró como el modelo, predice en forma apropiada, el efecto magnetoeléctrico por transferencia de carga hacia la interfase presente en bicapas de estos materiales y su correspondiente efecto magnetorresistivo. De igual forma, se determinó como este efecto magnetoeléctrico es apreciable tanto a bajas temperaturas como a temperaturas cercanas a la temperatura crítica del material magnético, abriendo la posibilidad hacia potenciales aplicaciones en dispositivos espintrónicos. Las simulaciones se llevaron a cabo empleando el lenguaje FORTRAN95. Los resultados obtenidos fueron comparados con diversos reportes de la literatura, con el fin de validar los modelos y los algoritmos propuestosAbstract : In this PhD thesis document, results of computational simulations by using the Monte Carlo method, the Metropolis algorithm and classical Heisenberg method are presented, in order to study properties associated with ferromagnetism and ferroelectricity on multiferroic bilayers of perovskite materials, made of electric and magnetic subsystems with a magnetoelectric coupling. First of all, it was identified the 〖La〗_(1-x) 〖Sr〗_x MnO3 (LSMO) among the manganite family, as a ferromagnetic compound of interest due to its high critical temperature and magnetic polarization, its known magnetostrictive properties and its remarkable phase diagram variety, directly related to the x composition. Similarly, the Pb(〖Zr〗_x 〖Ti〗_(1-x))O3 (PZT) material was selected for study because of its excellent performance as a ferroelectric, that is, a high critical temperature, spontaneous polarization and piezoelectric coefficient. Experimental reports on bilayers of these two compounds evidencing a significant magnetoelectric coupling were also considered. Later, exchange parameters for magnetic and polarized electric sites were obtained reproducing the critical temperature of each layer for a doping level of x=1/3 y x=0.5 of LSMO and PZT respectively. The effect of the different system parameters of the model on the simulation was also considered, adjusting them to the values that reproduced the magnetic and electric main characteristics of the two materials. Studies of magnetic and electric properties depending on temperature, such as, magnetization and polarization, electric and magnetic susceptibility on both ferroelectric (FE) and ferromagnetic (FM) layers were carried out. Similarly, the behavior of the ferromagnetic layer when varying the magnetic field was done, also considering the effect of a perpendicular compressive stress on the thin films. Hysteresis cycles were analyzed in function of temperature and film thickness. Additionally, a study of resistivity by varying the magnetic field, temperature and thickness was carried out. Finally, bilayers of magnetic and electric subsystems were studied, considering their response to changes in magnetic and electric fields, temperature, pressure, and film thickness. It was found, that the model appropriately reproduces the magnetoelectric effect by charge transfer accumulation at the interfase present in these kind of heterostructures. It was also determined how this magnetoelectric effect is significant not also at low temperatures but also at temperatures near the Curie temperature of the magnetic material, opening in this way possibilities to potential applications in spintronic devices. Simulations were carried out by using the FORTRAN95 language. Results were compared with several reports in order to validate the models and algorithms proposedDoctorad