Comportamento magnético e efeito magnetocalórico de nanoestruturas frustradas de Ising
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Data
2024-02-20Primeiro membro da banca
Köhler, Mateus Henrique
Segundo membro da banca
Lazo, Matheus Jatkoske
Metadata
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Neste 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.
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