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dc.creatorDias, Pietro Felipe
dc.date.accessioned2024-04-16T13:13:38Z
dc.date.available2024-04-16T13:13:38Z
dc.date.issued2024-02-20
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/31772
dc.description.abstractIn this work, we investigate the magnetic and magnetocaloric properties of two frustrated Ising clusters in the presence of a longitudinal magnetic field: the centered tetrakis hexahedron structure and the hexagonal bipyramidal structure. These clusters were recently found as metallic structures formed by iron ions in recently synthesized compounds. We investigate the magnetism of these clusters by considering the exact enumeration technique. The centered tetrakis hexahedron cluster contains 15 sites, for which we consider four exchange interactions (J1, J2, J3, and J4) between Ising spin-1/2 particles. For the hexagonal bipyramidal cluster, consisting of 8 sites, we consider Ising spin-5/2 particles and two exchange interactions (Jt and Jr). We obtain the ground-state phase diagram, magnetization, entropy, and isentropic curves for both systems. A rigorous analysis was conducted on the entropic behavior of the two clusters to discuss the magnetocaloric effect (MCE). Additionally, we perform a detailed study of the magnetic behavior and magnetic susceptibility of the centered tetrakis hexahedron cluster, due to exotic phenomena occurring in specific scenarios. Our results show that the centered tetrakis hexahedron cluster exhibits five phases in the ground state within the evaluated interaction spectrum. Furthermore, we observe an unusual temperature-dependent magnetization behavior, which displays a local minimum. Investigating the magnetic susceptibility of this cluster, we also found interesting behaviors such as a divergence at low temperatures and a double-peak structure. Evaluating the entropic behavior, we note a significant convergence of isentropic curves towards critical fields at the boundaries of the ground-state phase diagram. This behavior indicates a significant MCE in the system, where the centered tetrakis hexahedron cluster can be driven to very low temperatures by reducing the longitudinal magnetic field. For the hexagonal bipyramidal cluster, we find three ground states and scenarios with a large number of degenerate states. Furthermore, the isentropic curves indicate that this system exhibits a very high MCE. In summary, both studied clusters show an enhanced MCE. For appropriate values of exchange interactions, absolute zero can be achieved by removing the external magnetic field. We stress that the hexagonal bipyramidal structure exhibits an enhanced MCE, with the highest-value isentropes reaching low temperatures under zero field. This high MCE is associated with the high degeneracy of the ground state of the system, which is introduced by frustration.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectModelo de Isingpor
dc.subjectFrustração magnéticapor
dc.subjectEfeito magnetocalóricopor
dc.subjectIsing modeleng
dc.subjectMagnetic frustrationeng
dc.subjectMagnetocaloric effecteng
dc.titleComportamento magnético e efeito magnetocalórico de nanoestruturas frustradas de Isingpor
dc.typeDissertaçãopor
dc.description.resumoNeste trabalho, estudamos o comportamento magnético e magnetocalórico de dois clusters frustrados de Ising na presença de um campo magnético longitudinal: a estrutura tetrakis hexaédrica centrada e a estrutura hexagonal bipiramidal. Os dois sistemas são baseados em estruturas metálicas formadas por íons de ferro encontradas em compostos recentemente sintetizados. Para o cluster tetrakis hexaédrico centrado, que contém 15 sítios, adotamos spins 1/2 de Ising interagindo através de quatro interações de troca (J1, J2, J3 e J4). Para o cluster hexagonal bipiramidal, que contém 8 sítios, consideramos spins 5/2 de Ising e duas interações de troca (Jt e Jr). Nesta investigação empregamos a técnica de enumeração exata para obter o diagrama de fases do estado fundamental, a magnetização, a entropia e curvas isentrópicas para os dois sistemas. Uma análise rigorosa foi realizada sobre o comportamento entrópico dos dois clusters, permitindo estudar o efeito magnetocalórico (EMC) nestes dois sistemas. Ademais, realizamos um estudo detalhado do comportamento magnético e da susceptibilidade magnética do cluster tetrakis hexaédrico centrado, o qual exibe fenômenos magnéticos exóticos. Nossos resultados mostram que o cluster tetrakis hexaédrico centrado apresenta cinco fases no estado fundamental dentro do espectro de interação avaliado. Além disso, encontramos um comportamento incomum da magnetização como função da temperatura, a qual apresenta uma estrutura com mínimo local. Ao investigar a susceptibilidade magnética deste cluster, também encontramos comportamentos interessantes como uma divergência em baixas temperaturas e uma estrutura de duplo pico. Ao avaliar o comportamento entrópico constatamos uma grande convergência de curvas isentrópicas para campos críticos nas fronteiras do diagrama de fases do estado fundamental. Este comportamento indica um grande EMC do sistema, onde podemos conduzir o cluster tetrakis hexaédrico centrado a temperaturas muito baixas ao reduzir o campo magnético longitudinal. Para o cluster hexagonal bipiramidal, encontramos três estados fundamentais e cenários em que há um grande número de estados degenerados. Ademais, as curvas isentrópicas indicam que este sistema apresenta um EMC elevado. Em resumo, os dois clusters estudados apresentam um EMC elevado. Nossos resultados indicam que para valores apropriados de interações de troca, temperaturas próximas do zero absoluto podem ser atingidas através da remoção isentrópica do campo magnético. Em uma análise comparativa, a estrutura hexagonal bipiramidal exibe um EMC mais elevado que o cluster tetrakis hexaédrico centrado, com isentrópicas de mais alto valor atingindo temperaturas baixas em campo nulo. Nossos resultados permitem associar um EMC elevado à alta degenerescência do estado fundamental deste sistema, que é introduzida pela presença de frustração magnética.por
dc.contributor.advisor1Schmidt, Mateus
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7494768123165528por
dc.contributor.referee1Köhler, Mateus Henrique
dc.contributor.referee2Lazo, Matheus Jatkoske
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0536451719175952por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentFísicapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Físicapor
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Ciências Naturais e Exataspor


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