dc.creator | Dias, Pietro Felipe | |
dc.date.accessioned | 2024-04-16T13:13:38Z | |
dc.date.available | 2024-04-16T13:13:38Z | |
dc.date.issued | 2024-02-20 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/31772 | |
dc.description.abstract | In 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.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Modelo de Ising | por |
dc.subject | Frustração magnética | por |
dc.subject | Efeito magnetocalórico | por |
dc.subject | Ising model | eng |
dc.subject | Magnetic frustration | eng |
dc.subject | Magnetocaloric effect | eng |
dc.title | Comportamento magnético e efeito magnetocalórico de nanoestruturas frustradas de Ising | por |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Schmidt, Mateus | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7494768123165528 | por |
dc.contributor.referee1 | Köhler, Mateus Henrique | |
dc.contributor.referee2 | Lazo, Matheus Jatkoske | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0536451719175952 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Física | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Naturais e Exatas | por |