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Type: TESE DIGITAL
Title: Ressonância magnética nuclear e eletrônica em sistemas de elétrons fortemente correlacionados
Title Alternative: Nuclear and electron magnetic resonance on strong correlated electron systems
Author: Lesseux, Guilherme Gorgen, 1989-
Advisor: Urbano, Ricardo Rodrigues, 1974-
Abstract: Resumo: Este trabalho teve por objetivo a investigação de sistemas com elétrons fortemente correlacionados via ressonância magnética nuclear (NMR) e eletrônica (ESR). Os seguintes sistemas foram investigados: i) o isolante Kondo SmB6 dopado com impurezas de Er3+ (via ESR), ii) compostos supercondutores à base de FeAs, da família BaFe 2As2 (via NMR) e, iii) o composto férmion pesado CeRhIn5 (via NMR em altos campos magnéticos). O estudo no composto de SmB6 via ESR (9.5 GHz) dos íons de Er3+ revelou um conjunto de quatro transições em baixa temperatura com uma anisotropia que não corresponde à esperada para transições entre níveis de campo cristalino cúbico. Mostramos que o efeito Jahn-Teller (JT) dinâmico associado a vibrações anarmônicas dos íons de Er3+ nos interstícios dos octaedros de B na rede de SmB6 explica a anisotropia das transições finas em baixa temperatura e concorda com o comportamento térmico da intensidade destas linhas de ressonância. Como resultado deste trabalho, ficou então proposta uma nova interpretação dos resultados sob a luz de um efeito de rattling anarmônico dos íons de Er3+ na matriz. Nenhum efeito de isolante topológico tipo Kondo foi evidenciado nos experimentos de ESR. Para os compostos de BaFe2As2 puro e com pouca substituição química (~ 0.5%) de Mn, Co e Cu realizamos um estudo detalhado da evolução das transições de alta temperatura, estrutural e magnética, que ocorrem no diagrama de fase dessa família de supercondutores. Combinando experimentos de NMR para o 75As em altos campos magnéticos, difração de raios-X de alta resolução e calor especíco mostramos que a fase ortorrômbica é estabilizada por flutuações magnéticas via acoplamento magneto elástico e que o ajuste do ângulo entre as ligações de As-Fe-As é o parâmetro mais relevante para a supressão das temperaturas de transição estrutural e magnética. Logo, este ajuste estrutural leva a um rearranjo da ocupação dos orbitais 3d do Fe aumentando a ocupação nos orbitais planares (3dxy), condição fundamental para que a fase supercondutora se forme nestes materiais. Já para o composto de CeRhIn5 investigamos a transição quântica induzida por campo magnético que ocorre em torno de 30 T (~ 1 K) neste material via NMR do 115In em ultra altos campos magnéticos. Observamos uma alteração no knight-shift associado ao In(1), que ocupa os planos de CeIn3. Apesar de nenhum efeito evidente na forma de linha, há um knight-shift líquido de 2.3% através da transição em Bc ~ 30 T. Isto demonstra uma mudança efetiva na densidade de estados no nível de Fermi consistente com a reconstrução da superfície de Fermi em torno de 30 T previamente reportada por medidas de oscilações quânticas. O fato de não se observar alteração de forma de linha espectral em 30 T nos permitiu concluir que a estrutura magnética incomensurável do CeRhIn5 não é drasticamente alterada através da transição o que corrobora com o cenário de um ponto crítico itinerante em torno de 50 T para CeRhIn5. Esta tese demonstra a relevância da técnica de Ressonância Magnética (NMR e ESR) na investigação das propriedades físicas de sistemas com elétrons fortemente correlacionados

Abstract: The present work aimed the investigation of strongly correlated electron systems via nuclear (NMR) and electronic (ESR) magnetic resonance. The following systems were investigated: i) Er3+ doped SmB6 Kondo insulator (via ESR), ii) FeAs-based superconducting compounds, from the BaFe2As2 family (via NMR) and, iii) CeRhIn5 heavy fermion compound (via ultra-high magnetic field NMR). The study on the SmB6 via Er3+ ESR (9.5 GHz) revealed a set of four resonance transitions at low temperature which show an anisotropy that does not correspond to the expected for transitions of pure cubic crystal field levels. We have shown that the dynamic Jahn-Teller (JT) effect associated to anharmonic rattling vibrations of Er3+ ions at the interstitial of the B-octahedron in the SmB6 lattice explains the anisotropy of the narrow lines at low temperature and agrees with the thermal behavior of the intensity of these resonance lines. As a result of this work, we proposed a new interpretation of the results under the light of a anharmonic rattling of the Er3+ ions in the SmB6 lattice. No topological insulator effect was evidenced by our ESR experiments. For the BaFe2As2 undoped and slightly substituted (~ 0.5%) of Mn, Co and Cu compounds we have performed a detailed study of the evolution of the high temperature transitions, structural and magnetic, which occur in the phase diagram of this superconductor family. Combining 75As high field NMR, high resolution X-ray diffraction and specific heat experiments we have shown that the orthorhombic phase is stabilized by magnetic fluctuations via magneto-elastic coupling and that the tuning of the angle of the As-Fe-As bounds is the most relevant parameter to the suppression of the structural and magnetic transition temperatures. Thus, this structural tuning leads to a rearrangement of the occupancy of the Fe-3d orbitals increasing the occupancy of the planar orbital (3dxy), which is a fundamental condition to the formation of the superconducting phase in these materials. Finally, for the CeRhIn5 compound we have investigated the magnetic field-induced quantum transition which occurs around ~ 30 T (~ 1 K) in this material via 115In ultra-high magnetic field NMR. We observed a knight-shift alteration for the In(1), which is sited in the CeIn3 planes. There is a net knight-shift of 2.3% across the transition at Bc ~ 30 T. Although lineshape effects have not been detected, it demonstrates an effective change in the density of states at the Fermi level consistent with a Fermi surface reconstruction around 30 T previously reported by quantum oscillation measurements. We did not observe a change in the spectral lineshape across 30 T and it leads us to the conclusion that the CeRhIn5 incommensurate magnetic structure is not drastically altered across the transition which is consistent with the scenario of an itinerant quantum critical point at 50 T for CeRhIn5. This thesis demonstrates the relevance of the magnetic resonance (NMR and ESR) techniques in the investigation of physical properties of strongly correlated electron systems
Subject: Ressonância magnética
Sistemas eletrônicos fortemente correlacionados
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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