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Type: TESE
Title: Propriedades físicas de sistemas com interações competitivas
Title Alternative: Physical properties of systems with competing interactions
Author: Fernandes, Rafael Monteiro
Advisor: Westfahl Junior, Harry
Abstract: Resumo: Um dos objetivos centrais das Ciências Naturais é relacionar as estruturas dos mais diversos sistemas com as funções particulares que os caracterizam. Por exemplo, no que se refere a materiais, sejam eles sintéticos ou biológicos, a ciência está constantemente buscando a predição de diferentes propriedades macroscópicas a partir do conhecimento das suas estruturas mi- croscópicas. Nesta tese, investigamos as propriedades magnéticas e de transporte de sistemas que apresentam interações competitivas em diferentes escalas de comprimento. Como resultado desta competição, surge um estado termodinâmico caracterizado por um parâmetro de ordem modulado, dando origem a uma série de con.gurações espacialmente inomogêneas. A termo- dinâmica destes estados modulados pode ser descrita pelo chamado modelo de Brazovskii, que prevê uma transição de primeira ordem, induzida pelas .utuações do parâmetro de ordem, entre a fase homogênea e a fase modulada. Há uma vasta gama de sistemas encontrados na Natureza que parecem se encaixar nesta descrição de Brazovskii, compreendendo estruturas tão díspares quanto cristais líquidos e condensados de píons em estrelas de nêutrons. No presente trabalho, investigamos dois sistemas físicos particulares. Motivados pela rica variedade de domínios obser- vados experimentalmente em filmes finos magnéticos, estudamos as propriedades magnéticas de blocos ferromagnéticos dipolares com dimensões finitas e condições de contorno não-periódicas. Desenvolvendo uma modelagem baseada na solução da Hamiltoniana de Brazovskii, pudemos explicar, de maneira inédita e consistente, a estrutura de domínios magnéticos dos filmes finos de MnAs:GaAs, um promissor candidato a aplicações no campo da spintrônica. Além disso, estabelecemos uma relação clara entre o fenômeno de reorientação magnética e a mudança na forma das curvas de histerese observada nesses filmes. O segundo tipo de sistemas que in- vestigamos foram os isolantes de Mott, cujas propriedades de transporte foram determinadas a partir do modelo de redes de resistores correlacionados. Considerando que a transição de Mott térmica pertence à classe de universalidade de Ising, mostramos que a condutividade macroscópica depende não apenas da magnetização, mas também da densidade de energia, dando origem a um comportamento de crossover. Através destes resultados, lançamos luz sobre a aparente e misteriosa incoerência entre as previsões teóricas e as medidas experimentais recentes envolvendo isolantes de Mott não-dopados. Prosseguindo para as fases inomogêneas dos isolantes de Mott dopados, estudamos a condutividade macroscópica das mesofases eletrônicas com ordenamento de carga esmético e nemático, as quais são encontradas nos niquelatos e nos cupratos, respectivamente. Inspirados nos conceitos da Física dos cristais líquidos, expressamos de forma bastante intuitiva a relação entre as propriedades de transporte e a termodinâmica das mesofases eletrônicas anisotrópicas, descrita pelo modelo de Brazovskii

Abstract: Natural Sciences is to relate the structures of systems to example, in what concerns materials, either synthetic or for the prediction of different macroscopic properties from the knowledge of their microscopic structure. In this thesis, we investigate the magnetic and transport properties of systems with competing interactions in distinct length scales. As a result of such a competition, there is a thermodynamic state characterized by a modulated order parameter, originating a set of spatially inhomogeneous con½gurations. The thermodynamics of these modulated states can be described by the so-called Brazovskii model, which predicts a fluctuation induced first order transition from the homogeneous phase to the modulated phase. There is a large diversity of systems for which the Brazovskii description seems suitable, including utterly disparate structures such as liquid crystals and pion condensates in neutron stars. In the present work, we investigate two particular physical systems. Motivated by the rich variety of domains experimentally observed in magnetic thin films, we study the magnetic properties of ferromagnetic dipolar slabs with finite dimensions and non-periodic boundary conditions. After developing a model based on the solution of the Brazovskii Hamiltonian, we were able to explain, in a consistent and novel way, the magnetic domain structures of MnAs:GaAs thin films, which are promising candidates for spintronics devices. Moreover, we established a clear connection between the film's magnetic reorientation and the experimentally observed change in the hysterisis loops shape. The second class of systems we investigated were the Mott insulators, whose transport properties were determined from the correlated resistor network model. After considering that the finite temperature Mott transition belongs to the Ising universality class, we showed that the macroscopic conductivity depends not only on the magnetization, but also on the energy density, giving rise to crossover behaviour. Using these results, we shed light upon the apparent and mysterious inconsistency between the theoretical predictions and the experimental measurements regarding undoped Mott insulators. Proceeding to the inhomogeneous phases of doped Mott insulators, we studied the macroscopic conductivity of electronic mesophases with smectic and nematic charge ordering, which are found in the nickelates an in the cuprates, respectively. Inspired by the concepts from the Physics of liquid crystals, we expressed in an intuitive way the connection between the transport properties and the thermodynamics of anisotropic electronic mesophases described by the Brazovskii model
Subject: Auto-organização
Fases inomogêneas
Brazovskii, Modelo de
Ferromagnetos dipolares
Mott, Isolantes de
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2008
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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