Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Fundamental electronic and magnetic interactions in the cage compounds RT2Zn20 (R = Y, Gd, Yb, T = Fe, Co)
MICHAEL CABRERA BAEZ
TESE
20/02/2017

As correlações eletrônicas originadas das interações de Coulomb entre os elétrons desempenham um papel fundamental no estabelecimento das propriedades físicas de uma ampla gama de materiais. Para o caso de correlações fracas, o material pode ser descrito dentro de um ponto de vista simplifi cado não interatuante, como no caso de metais comuns. Propriedades inesperadas e intrigantes são reveladas quando correlações fortes estão envolvidas, devido a uma variedade de graus de liberdade nas correlações eletrônicas. Como resultado desta correlação eletrônica, e possível ir de formas convencionais de magnetismo, passando por sistemas supercondutores e atingindo comportamento de férmions pesados. Os membros dentro de uma unica família de compostos podem fornecer todos esses estados fundamentais variados, e a oportunidade de estudar e tentar entender algumas das interações eletrônicas e magnéticas fundamentais envolvidas. Esta tese e o resultado de explorar esses diferentes comportamentos que surgem das correlações elétron-elétron, especi ficamente na família de compostos de gaiolas RT2Zn20 (R=Y,Gd,Yb and T=Fe,Co). Foi desenvolvida uma combinação detalhada de descrições macroscópicas e microscópicas quantitativas das propriedades eletrônicas, termodinãmicas e magnéticas de alguns membros desta família. A primeira parte desta tese apresenta um estudo sobre monocristais de YCo2Zn20 dopados com Gd3+ (Y1��xGdxCo2Zn20: (0.002 . x 1.00) através de uma combinação de ressonância de spin eletrônico, (RSE), dependente da temperatura, calor específi co e experimentos de susceptibilidade magnética dc, alem de cálculos de primeiros-princípios colaborativos usando teoria do funcional da densidade (TFD). A combinações de dados de estrutura eletrônica e experimentais l estabelece o composto GdCo2Zn20 como um sistema modelo do tipo Ruderman-Kittel-Kasuya- Yosida (RKKY) predizendo uma temperatura Curie-Weiss C = ��1:2(2) K diretamente de parâmetros microscópicos, em concordância com o valor medido no bulk a partir de dados de magnetização. A segunda parte envolve uma exploração do comportamento ferromagnético não convencional que foi encontrado no sistema GdFe2Zn20, que tem uma temperatura de ordenamento ferromagnética relativamente alta (TC = 86 K ) apesar de ser um sistema com grande separação entre os ions de Gd3+ numa matriz com forte correlação elétron-elétron. Levando em conta essas correlações e efeitos de campo molecular itinerante, a analise de nossos resultados de RSE indica que a interação de troca entre o Gd3+ e processada através dos elétrons no nível de Fermi do tipo d e se torna uma interação de troca de natureza covalente (J(0)fd < 0). Nossos resultados mostram que o modelo RKKY não pode explicar o comportamento ferromagnetico deste composto e portanto propõe-se um mecanismo de super-troca para essa interação magnética. Aumentando um pouco o nível de complexidade, a terceira parte desta tese esta baseada na sintonia das propriedades eletrônicas do composto de férmions pesados YbFe2Zn20 por substituição química (dopagem com Cd). Aumentando a quantidade de Cd, a hibridação entre os elétrons 4f do Yb e os elétrons de condução e enfraquecida, o que deve ser acompanhado por um deslocamento na valência do Yb 3+ devido ao efeito da pressão química negativa. A combinação dos resultados demonstram excelente complementaridade entre pressão física positiva e pressão química negativa, e apontam para um campo bastante rico para explorar a física de sistemas de elétrons fortemente correlacionados. Finalmente, esta tese termina com um conjunto geral de conclusões dos materiais quânticos explorados.

Ressonância de Spin Eletrônico;Férmions pesados;Magnetismo;Física da Materia Condensada
The electronic correlations originated from the Coulomb interactions between electrons play a fundamental role in the establishment of the physical properties of a wide range of materials. For the case of weak correlations, the material can be described within a simpli ed non-interacting point of view, as in the case of standard metals. Unexpected and intriguing properties are revealed when strong correlations are involved, due to a large number of degrees of freedom in the electronic correlations. As a result of this electronic correlation, it is possible to go from conventional forms of magnetism, passing through superconducting systems and reaching heavy fermion behavior. Members within a single family of compounds can provide all those very dierent ground states, and the opportunity to study and try to understand some of the electronic and magnetic fundamental interactions involved. This thesis is a result of exploring these dierent behaviors that arise from electron-electron correlations, speci cally in the family of cage compounds RT2Zn20 (R=Y,Gd,Yb and T=Fe,Co). A detailed combination of quantitative macroscopic and microscopic descriptions of the electronic, thermodynamic and magnetic properties of some members of this family were developed. The rst part of this thesis presents a study on Gd3+- doped YCo2Zn20 single crystals (Y1��xGdxCo2Zn20: (0.002 . x 1.00) through a combination of temperature-dependent Electron Spin Resonance (ESR), heat capacity and dc magnetic susceptibility experiments, plus collaborative rst-principles Density Functional Theory (DFT) calculations. The combination of experimental and electronic structure data establish GdCo2Zn20 as a model Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) system by predicting a Curie-Weiss temperature C = ��1:2(2) K directly from microscopic parameters, in very good agreement with the bulk value from magnetization data. The second part involves an exploration of the unconventional ferromagnetic behaviors that have been found in GdFe2Zn20, which has a relatively high ferromagnetic ordering temperature (TC = 86 K) despite being a system with wide separation between Gd3+ ions in a matrix with strong electron-electron correlation. Taking into account those correlations and itinerant molecular eld eects, analysis of our ESR results indicate that the exchange interaction between the Gd3+ is processed via the d-type of electrons at the Fermi level and becomes an exchange interaction of covalent nature (J(0)fd < 0). Our results shows that the RKKY model cannot explain the ferromagnetic behavior of this compound, and a super-exchange-like mechanism is proposed for this magnetic interaction. Increasing a little bit the level of complexity, the third part of this thesis is on the tuning of the electronic properties of the heavy fermion compound YbFe2Zn20 by chemical substitution (Cd doping). With increasing amount of Cd, the hybridization between Yb 4f electrons and the conduction electrons is weakened, which should be accompanied by a valence shift of the Yb3+ due to the negative chemical pressure eect. The combined results demonstrate excellent complementarity between positive physical pressure and negative chemical pressure, and point to a rich playground for exploring the physics of strongly correlated electron systems. Finally, this thesis ends with a general set of conclusions of the explored quantum materials.
Electron Spin Resonance;Heavy Fermion;Magnetism;Condensed Matter Physics
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INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

FÍSICA
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Banca Examinadora

MARCOS DE ABREU AVILA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
JOSE ANTONIO SOUZA Docente - PERMANENTE
PASCOAL JOSE GIGLIO PAGLIUSO Participante Externo
ERIC DE CASTRO E ANDRADE Participante Externo
HERCULANO DA SILVA MARTINHO Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 30
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 7

Vínculo

Bolsa de Fixação
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Não