Carreras Oropesa , William G. (2018) Propiedades magneto-estructurales de los compuestos CeCO_1-xFe_xSi Y CeTi_1-xSc_xGe. / Magneto-structural properties of the compounds CeCO_1-xFe_xSi Y CeTi_1-xSc_xGe. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Presentamos una teoría fenomenológica, tipo Landau, capaz de describir propiedades tales como calor específico, magnetostricción, expansión térmica y magnetización de una muestra policristalina de CeCo_0,85Fe_0,15Si. Se pudo verificar que los resultados experimentales son compatibles con la existen- cia de una transición de fases estructural a una temperatura TS ∼ 12,5K, a campo magnético externo nulo, y una transición magnética de tipo antiferro- paramagnética a una temperatura menor, TN ∼ 7,5K a campo nulo. Se verificó como el sistema presenta un fuerte acoplamiento magneto-elástico, además nuestro modelo fue capaz de predecir correctamente los corrimientos en temperatura de ambas transiciones de fases al colocar la muestra en un campo magnético externo. Si bien la funcional de energía libre propuesta en este trabajo para la descripción del compuesto CeCo_0,85Fe_0,15Si, recupera gran parte de los resul- tados experimentales mostrados en el artículo [1], nada pudimos decir sobre la naturaleza de la transición estructural. Además, sería importante determi- nar el tipo de orden magnético y si la distorsión de la red rompe la simetría tetragonal [2]. En aras de modelar toda la familia de compuestos CeCo_1−xFe_xSi, basándo- nos en la distribución electrónica de los elementos que conforman esta fami- lia de aleaciones, además de su estructura cristalina, elaboramos un modelo magnético simplificado. Mediante este modelo se pudieron simular los efec- tos del dopaje mediante desorden en los acoplamientos. Dicho modelo nos permitió describir los corrimientos en el pico del calor especifico para los compuestos CeCo_1−xFe_xSi, pero no más que esto pues es conocido que en estos compuestos aparecen fuertes comportamientos tipo Kondo luego de determinada concentración [3]. Por otro lado pudimos, mediante nuestro modelo de espines interactuantes reproducir cualitativamente algunos de los resultados mostrados en el artícu- lo [4] para la familia de aleaciones CeTi_1−xSc_xGe. Por ejemplo: el compor- tamiento del calor específico a medida que incorporamos desorden al mismo es similar al comportamiento reportado para las aleaciones CeCo_1−xFe_xSi. Pudimos comparar el diagrama de fases obtenido de nuestro modelo con el reportado experimentalmente, y ambos presentan comportamientos muy similares, sin tener en cuenta aspectos como cambios de estructuras pues estos no pueden ser reproducidos con un modelo tan simple como el nues- tro. También pudieron ser reproducidos algunos resultados experimentales, de magnetización FC y ZFC, realizados para los compuestos CeTi_1−xSc_xGe, donde nuevamente podemos ver comportamientos muy similares entre los experimentos y nuestro modelo de espines. En el artículo [4] los autores definen una región ferromagnética, basándose en la existencia de histéresis. Esta región se logra reproducir mediante nuestro modelo, incluso los ciclos de histéresis. Si bien, adoptando el mismo criterio de histéresis, pudiéramos haber definido tal región como ferromagnética, existían varios comportamientos contradictorios con un orden ferromagnético. Por esta razón tal región, la cual llamamos indistintamente desordenada a lo largo de este trabajo, continúa siendo objeto de estudio. Algo que cabe destacar es como con modelos simples se pudo reproducir cualitativamente gran cantidad de física presente en compuestos que forman las familias CeTi_1−xSc_xGe y CeCo_1−xFe_xSi. Además, esta investigación de- ja una serie de interrogantes para futuros trabajos como por ejemplo poder determinar la naturaleza de la transición estructural en CeCo_0,85Fe_0,15Si, en caso de que tal transición exista o la determinación del orden magnético en la región desordenada para los compuestos CeTi_1−xSc_xGe. Respecto a la se- gunda de estas cuestiones se puede agregar, solo a modo de comentario, que existen indicadores de que tal región presenta un comportamiento tipo spin- glass, esto se está investigando actualmente.
Resumen en inglés
We saw a phenomenological theory, Landau type, that describes proper- ties such as specific heat, thermal expansion and magnetization of a poly- crystalline sample of CeCo_0,85Fe_0,15Si. It was verified that the experimental results are compatible with the existence of a structural phase transition at a temperature TS ∼ 12,5K, at a null external magnetic field, and a mag- netic transition of the antiferro-paramagnetic type at a lower temperature, TN ∼ 7,5K to null field. It was verified how the system presents a strong magneto-elastic coupling, in addition our model was able to correctly predict the temperature changes of both phase transitions when placing the sample in an external magnetic field in the system. Although the free energy functional proposed in this paper for the de- scription of the CeCo_0,85Fe_0,15Si compound recovers a large part of the ex- perimental results shown in the article [1], we could not say anything about the nature of the transition structural. In addition, it would be important to determine the type of magnetic order and if the distortion of the network breaks the tetragonal symmetry [2]. In order to model the entire family of CeCo_1−xFe_xSi compounds, based on the electronic distribution of the elements that make up this family of alloys, in addition to its crystalline structure, we developed a simplified magnetic model. Using this model, the effects of doping could be simulated by clutter disorder. This model allowed us to describe the shifts in the specific heat peak for the compounds CeCo_1−xFe_xSi, but no more that this is well known that in these compounds strong Kondo-like behaviors appear after a certain concentration [3]. On the other hand, we were able to reproduce qualitatively some of the results shown in the article [4] for the CeTi_1−xSc_xGe alloy family using our interactive spin model. For example: the behavior of the specific heat as we incorporate disorder into it is similar to the behavior reported for the CeCo_1−xFe_xSi alloys. We were able to compare the phase diagram obtained from our model with the one reported experimentally, and both present very similar behaviors, without taking into account aspects such as changes in structures, as these can not be reproduced with such a model. simple as ours. Also, some experimental results, of FC and ZFC magnetization, made for the compounds CeTi_1−xSc_xGe, where we can see again very similar behaviors between the experiments and our spin model. In the article [4] the authors define a ferromagnetic region, based on the existence of hysteresis. This region can be reproduced by our model, includ- ing the hysteresis cycles. Although, adopting the same hysteresis criterion, we could have defined such a region as ferromagnetic, there were several con- tradictory behaviors with a ferromagnetic order which were discussed in the previous chapter. For this reason, this region, which we call indiscriminately disordered throughout this work, continues to be the subject of study. Something that stands out is how with such simple models qualitatively large amount of physics could be reproduced in compounds that form the families CeTi_1−xSc_xGe and CeCo_1−xFe_xSi. In addition, this research leaves a series of questions for future work such as being able to determine the nature of the structural transition in CeCo_0,85Fe_0,15Si, in case such transition exists or the determination of the magnetic order in the disordered region for the compounds CeTi_1−xSc_xGe. Regarding the second of these issues, it can be added, only by way of comment, that there are indicators that such a region has a behavior type spin-glass, this is currently being investigated.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Magnetism; Magnetismo; Magnetostriction; Magnetoestricción; [Phase transition; Transición de fase; Landau functional; Funcional de Landau; Magnetic order; Orden magnético; Disorder; Desorden] |
| Referencias: | [1] Correa, V., Betancourth, D., Sereni, J., Canales, N. C., Geibel, C. Remarkable magnetostructural coupling around the magnetic transition in CeCo0;85Fe0;15Si. Journal of Physics: Condensed Matter, 28 (34), 346003, 2016. iv, iv, iv, 2, 3, 6, 8, 25, 52 [2] Sereni, J., Pedrazzini, P., Berisso, M. G., Chacoma, A., Encina, S., Gruner, T., et al. Local character of the highest antiferromagnetic temperature of Ce systems in Sc-rich CeTi1_xScxGe. Physical Review B, 91 (17), 174408, 2015. iv, viii, 3, 4, 5, 36, 50, 51, 53 [3] Sereni, J., Berisso, M. G., Betancourth, D., Correa, V., Canales, N. C., Geibel, C. Evidence for a dimensionality crossover at the disappearance of magnetism in the kondo lattice alloy CeCo1_xFexSi. Physical Review B, 89 (3), 035107, 2014. v, 2, 29, 46, 52 [4] Plotzki, D. A short guide to cuda c: For physicists with multi-core graphics cards, 2012. vi, vi, vi, 39, 40, 66 [5] Fuggle, J. C., Hillebrecht, F. U., Zo lnierek, Z., Lasser, R., Freiburg, C., Gunnarsson, O., et al. Electronic structure of Ce and its intermetallic compounds. Phys. Rev. B, 27, 7330-7341, Jun 1983. URL https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.27.7330. 1 [6] Buschow, K. Intermetallic compounds of rare earths and non-magnetic metals. Reports on Progress in Physics, 42 (8), 1373, 1979. [7] Storm, A., Benson, K. Lanthanide-copper intermetallic compounds having the CeCu2 and AlB2 structure. Acta Crystallographica, 16 (7), 701-702, 1963. 1 [8] Chevalier, B., Matar, S. F. Eect of H insertion on the magnetic, electronic, and structural properties of CeCoSi. Physical Review B, 70 (17), 174408, 2004. 3 [9] Caneld, P. C., Thompson, J., Fisk, Z. Novel Ce magnetism in Di-Cepnictide and Di-Ce pnictide structures. Journal of applied physics, 70 (10), 5992-5994, 1991. 3 [10] Mackintosh, A. Cerium and cerium intermetallics: 4f-band metals? Physica B+ C, 130 (1-3), 112-116, 1985. 3 [11] Doniach, S. The kondo lattice and weak antiferromagnetism. Physica B+ C, 91, 231-234, 1977. 4 [12] Zhang, S., Luan, L., Tan, S., Zhang, Y. Transition of magnetic state from a-type antiferromagnetic to ferromagnetic in electron-doped Nd1_xCexMnO3. Applied physics letters, 84 (16), 3100-3102, 2004. 6 [13] Boccara, N. Second-order phase transitions characterized by a deformation of the unit cell. Annals of Physics, 47 (1), 40-64, 1968. 6, 55, 56 [14] Bak, P., Krinsky, S., Mukamel, D. First-order transitions, symmetry, and the " expansion. Physical Review Letters, 36 (1), 52, 1976. [15] De Fontaine, D. k-space symmetry rules for order-disorder reactions. Acta Metallurgica, 23 (5), 553-571, 1975. [16] Stokes, H. T., Hatch, D. M., Nelson, H. M. Landau, lifshitz, and weak lifshitz conditions in the landau theory of phase transitions in solids. Physical Review B, 47 (14), 9080, 1993. 6 [17] Oropesa, W. G. C., Correa, V. F., Sereni, J. G., Garca, D. J., Cornaglia, P. S. Landau theory for magnetic and structural transitions in CeCo0;85Fe0;15Si. Journal of Physics: Condensed Matter, 30 (29), 295803, 2018. 7, 52 [18] Landau, L. D., Lifshitz, E. M. Statistical physics. American Journal of Physics, 2005. 8 [19] Coey, J. M. Magnetism and magnetic materials. Cambridge University Press, 2010. 8, 13 [20] Dimo, U., et al. Introduction to the theory of critical phenomena: mean field, fluctuations and renormalization. World Scientic, 1993. 33 [21] Talagrand, M. Mean field models for spin glasses: Volume I: Basic examples, tomo 54. Springer Science & Business Media, 2010. 44 [22] Talagrand, M. Mean field models for spin glasses: Volume ii: Advanced replicasymmetry and low temperature, vol. 55, 2011. 33, 44 [23] Gilks, W. R., Richardson, S., Spiegelhalter, D. Markov chain Monte Carlo in practice. Chapman and Hall/CRC, 1995. 37 [24] Nishimori, H. Statistical physics of spin glasses and information processing: an introduction, tomo 111. Clarendon Press, 2001. 44 [25] Binder, K. Theory of rst-order phase transitions. Reports on progress in physics, 50 (7), 783, 1987. 56 |
| Materias: | Física > Materia condensada |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Materia condensada > Teoría de sólidos |
| Código ID: | 750 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 05 Feb 2021 11:53 |
| Última Modificación: | 29 Dic 2021 15:02 |
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