Quasi-one-dimensional magnetic properties of NiNb2−xVxO6 compounds synthesized at high pressure in a nonstandard columbite-type structure

We report on the low-dimensional magnetic behavior of the series of compounds NiNb2−xVxO6 (0 x 2), with a columbite-type crystal structure stabilized at high pressure and temperature. Based on susceptibility, magnetization, and specific-heat measurements, the system is characterized as presenting quasi-one-dimensional magnetism, with Ni2+ magnetic moments that can be modeled as Ising spins, placed along zigzag chains in the crystal structure. The low-temperature phase is found to consist of an antiferromagnetic arrangement of ferromagnetic chains, and a metamagnetic transition to uniform ferromagnetic order is observed under magnetic fields slightly above μ0H = 1 T. We discuss the effects of substituting vanadium for niobium, maintaining the same crystal structure along the whole series of samples. In particular, the long-range magnetic order, most clearly seen for x = 0, tends to be suppressed as the vanadium content is increased. The exchange interactions are quantified, revealing that the ferromagnetic intrachain interactions vary from about 7 K for NiNb2O6 to 2 K for NiV2O6, remaining one order of magnitude larger than the mean antiferromagnetic interchain coupling

Magneto-transport properties of BaFe2−xTMxAs2 system

Esta Tese consiste num estudo experimental de propriedades de transporte elétrico em amostras do sistema BaFe2−xTMxAs2 (Ba122), onde TM representa um metal de transição. Os elementos que foram utilizados como substituintes foram TM = Mn, Co, Cu e Ni. Estes compostos, genericamente denominados de ferro-pnictídeos, apresentam estado fundamental com ordenamento antiferromagnético do tipo onda de densidade de spin, ou supercondutor, ou ainda um estado de coexistência entre estes dois. Neste trabalho, as propriedades de maior interesse são a resistividade elétrica, a magnetorresistência e o efeito Hall. Aqui, essas propriedades são cuidadosamente estudadas com o objetivo de contribuir para o entendimento dos principais mecanismos de espalhamento eletrônico, na presença de campo magnético externo, nos compostos da família Ba122. Para isso, medidas sistemáticas das componentes longitudinal e transversal da resistividade elétrica em função da temperatura e do campo magnético foram realizadas em todas as amostras. A influência das substituições químicas e a desordem estrutural no transporte de carga também é investigada. Na análise dos resultados, ênfase é dada aos efeitos relacionados ao ordenamento magnético. A interpretação dos resultados experimentais obtidos toma por base efeitos de condução por duas bandas eletrônicas, uma do tipo elétron e outra do tipo lacuna, e contribuições devidas ao espalhamento dos portadores de carga por excitações de origem magnética. Mostra-se que tais termos são importantes para o entendimento do comportamento da magnetorresistência e do coeficiente de Hall com a temperatura e com o campo magnético na fase magneticamente ordenada dos sistemas estudados.This Thesis reports on electric transport measurements in several single-crystal samples of the BaFe2−xTMxAs2 (Ba122) system, where TM is a transition metal. The elements used in substitution to the Fe atoms are TM = Mn, Co, Cu and Ni. When TM = Co or Ni, samples with different concentrations of the substituting element are investigated. Electrical resistivity, magnetoresistance and Hall effect experiments were carried out between 2 and 300 K, under magnetic field varying between 0 and 9 T. These properties are studied to shed light on the electronic scattering mechanisms relevant to these compounds. We are also interested in the role of the chemical substitutions and the effects of structural disorder in these properties. One important result of this Thesis is that the magnetoresistance is very small in the paramagnetic phase of the studied materiais, whereas its magnitude increases substantially in the magnetically ordered phase. Consistently, the Hall coefficient is also small in the paramagnetic state, and its magnitude becomes appreciable and strongly temperature dependent in the magnetically ordered phase. We observe that, for the same values of field and temperature, the magnetoresistance is higher in samples with higher magnetic transition temperatures. On the other hand, samples where a large fraction of the Fe atoms were substituted show a smaller magnetoresistance. This result is independent of the valence of the substituting atom and can also be observed in pure samples which show some structural disorder in the conducting layers. Results for a sample where 75 % of the Fe atoms are substituted by Cu atoms, which does not undergo a magnetic transition, show that, the magnetoresistance and the Hall coefficient remain small in the whole temperature interval investigated. This fact indicates that the characteristic behavior of these two properties in low temperatures is intrinsically related to the magnetic ordering. In order to explain the magnetoresistance and the Hall effect in the paramagnetic as well as in the magnetically ordered phase of the iron-pnictides of the Ba122 family, we suggest that, not only the multiple band character of the electronic structure is important, but contributions related to scattering by magnetic excitations should be properly considered. These contributions are in fact, the responsible for the overall behavior of the magnetoresistance and Hall effect inside the magnetically ordered phase of these compounds. In this aspect, the proposed interpretation for the magneto-transport properties of the Ba122 iron-pnictides contrasts with the description most commonly found in the literature, where effects coming from the Fermi surface morphology are supposed to play the dominant role

Estudo da energia cinética do condensado nos sistemas supercondutores SmBa2Cu3O7−δ , Bi2Sr2CaCu2Ox e Ba(Fe1−xCox)2As2

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

Estudo da energia cinética do condensado nos sistemas supercondutores SmBa2Cu3O7−δ , Bi2Sr2CaCu2Ox e Ba(Fe1−xCox)2As2

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

Magneto-transport properties of BaFe2−xTMxAs2 system

Esta Tese consiste num estudo experimental de propriedades de transporte elétrico em amostras do sistema BaFe2−xTMxAs2 (Ba122), onde TM representa um metal de transição. Os elementos que foram utilizados como substituintes foram TM = Mn, Co, Cu e Ni. Estes compostos, genericamente denominados de ferro-pnictídeos, apresentam estado fundamental com ordenamento antiferromagnético do tipo onda de densidade de spin, ou supercondutor, ou ainda um estado de coexistência entre estes dois. Neste trabalho, as propriedades de maior interesse são a resistividade elétrica, a magnetorresistência e o efeito Hall. Aqui, essas propriedades são cuidadosamente estudadas com o objetivo de contribuir para o entendimento dos principais mecanismos de espalhamento eletrônico, na presença de campo magnético externo, nos compostos da família Ba122. Para isso, medidas sistemáticas das componentes longitudinal e transversal da resistividade elétrica em função da temperatura e do campo magnético foram realizadas em todas as amostras. A influência das substituições químicas e a desordem estrutural no transporte de carga também é investigada. Na análise dos resultados, ênfase é dada aos efeitos relacionados ao ordenamento magnético. A interpretação dos resultados experimentais obtidos toma por base efeitos de condução por duas bandas eletrônicas, uma do tipo elétron e outra do tipo lacuna, e contribuições devidas ao espalhamento dos portadores de carga por excitações de origem magnética. Mostra-se que tais termos são importantes para o entendimento do comportamento da magnetorresistência e do coeficiente de Hall com a temperatura e com o campo magnético na fase magneticamente ordenada dos sistemas estudados.This Thesis reports on electric transport measurements in several single-crystal samples of the BaFe2−xTMxAs2 (Ba122) system, where TM is a transition metal. The elements used in substitution to the Fe atoms are TM = Mn, Co, Cu and Ni. When TM = Co or Ni, samples with different concentrations of the substituting element are investigated. Electrical resistivity, magnetoresistance and Hall effect experiments were carried out between 2 and 300 K, under magnetic field varying between 0 and 9 T. These properties are studied to shed light on the electronic scattering mechanisms relevant to these compounds. We are also interested in the role of the chemical substitutions and the effects of structural disorder in these properties. One important result of this Thesis is that the magnetoresistance is very small in the paramagnetic phase of the studied materiais, whereas its magnitude increases substantially in the magnetically ordered phase. Consistently, the Hall coefficient is also small in the paramagnetic state, and its magnitude becomes appreciable and strongly temperature dependent in the magnetically ordered phase. We observe that, for the same values of field and temperature, the magnetoresistance is higher in samples with higher magnetic transition temperatures. On the other hand, samples where a large fraction of the Fe atoms were substituted show a smaller magnetoresistance. This result is independent of the valence of the substituting atom and can also be observed in pure samples which show some structural disorder in the conducting layers. Results for a sample where 75 % of the Fe atoms are substituted by Cu atoms, which does not undergo a magnetic transition, show that, the magnetoresistance and the Hall coefficient remain small in the whole temperature interval investigated. This fact indicates that the characteristic behavior of these two properties in low temperatures is intrinsically related to the magnetic ordering. In order to explain the magnetoresistance and the Hall effect in the paramagnetic as well as in the magnetically ordered phase of the iron-pnictides of the Ba122 family, we suggest that, not only the multiple band character of the electronic structure is important, but contributions related to scattering by magnetic excitations should be properly considered. These contributions are in fact, the responsible for the overall behavior of the magnetoresistance and Hall effect inside the magnetically ordered phase of these compounds. In this aspect, the proposed interpretation for the magneto-transport properties of the Ba122 iron-pnictides contrasts with the description most commonly found in the literature, where effects coming from the Fermi surface morphology are supposed to play the dominant role