Magnetic properties of nontrivial topological complex systems [recurso eletrônico] = Propriedades magnéticas de sistemas complexos com topologia não trivial
Jean Carlo Souza
TESE
Inglês
T/UNICAMP So89m
[Propriedades magnéticas de sistemas complexos com topologia não trivial]
Campinas, SP : [s.n.], 2022.
1 recurso online (193 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin
Resumo: A predição, e a subsequente verificação experimental de novas fases topológicas da matéria possibilitaram a criação de um novo paradigma na física da matéria condensada. Apesar de ser uma área intensamente explorada, é ainda controverso quais as assinaturas topológicas de sistemas...
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Resumo: A predição, e a subsequente verificação experimental de novas fases topológicas da matéria possibilitaram a criação de um novo paradigma na física da matéria condensada. Apesar de ser uma área intensamente explorada, é ainda controverso quais as assinaturas topológicas de sistemas tri-dimensionais. Nesta tese nós crescemos amostras monocristalinas de diversos possíveis sistemas topológicos e os estudamos através de medidas de transporte, calor específico, magnetização, ressonância de spin eletrônico e microscopia/espectroscopia de tunelamento de varredura. Nosso objetivo era explorar diferentes técnicas experimentais a fim de complementar os resultados de técnicas mais tradicionais na procura por assinaturas de sistemas topológicos. Duas abordagens distintas foram exploradas neste trabalho. A primeira está relacionada a investigar a influência da topologia nos efeitos de campo elétrico cristalino (CEC), que é obtido indiretamente através de medidas de susceptibilidade magnética. Nesta parte, nós primariamente exploramos os half-Heuslers Y(Pd,Pt)Bi, onde verificamos, utilizando a microscopia/espectroscopia de tunelamento de varredura, a predição teórica da inversão da banda de condução com a de valência indo do composto com Pd para o composto com Pt. O segundo sistema explorado foram os possíveis semimetais magnéticos de Weyl RAlX (R = La, Ce, Pr; X = Si, Ge). Nós sintetizamos monocristais utilizando a técnica de auto-fluxo e estudamos a evolução dos efeitos de CEC indo do Si para o Ge. Nós somente observamos mudanças nos efeitos de CEF nas amostras baseadas em Ce, o que indica que o aumento da hibridização dos estados 4f do Ce é fundamental para as mudanças de efeitos de CEC nestes compostos. Nosso trabalho demonstra que a hibridização nesta família tem um papel muito mais importante do que o previsto anteriormente. A segunda abordagem foi explorar microscopicamente a relaxação de nossa sonda em medidas de ressonância de spin eletrônico. Nesta linha, particularmente nós exploramos o isolante de Kondo SmB6 e o antiferromagneto não-simórfico Eu5In2Sb6. Para os cristais de SmB6 nós fizemos uma substituição de Sm por Gd e demonstramos que os íons de Gd3+ agem como buracos de Kondo nesta rede de Kondo. No regime mais diluído, em que a concentração de Gd3+ é de 200 partes por milhão, nós observamos uma clara assinatura de uma relaxação através de estados de superfície polarizados em spin, o que pudemos estabelecer explorando diferentes parâmetros de ajuste. Com relação ao composto Eu5In2Sb6, quasipartículas exóticas conhecidas como pólarons magnéticos tiveram uma clara assinatura na dinâmica de spin da nossa sonda (Eu2+). Nós pudemos estudar em mais detalhes a complexa estrutura magnética deste composto. Nossa tese demonstra consistentemente que há a possibilidade de se encontrar assinaturas topológicas na relaxação de nossa sonda, o que é refletido na forma de linha e/ou na relaxação spin-spin, e também no campo elétrico cristalino devido à inversão de bandas e/ou hibridização dos momentos localizados. Nosso trabalho possibilita explorar técnicas experimentais alternativas que podem funcionar como detectoras no estudo de estados topológicos da matéria
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Abstract: The prediction and the subsequent experimental observation of new topological states of matter have created a whole new paradigm in condensed matter physics. Although a highly explored area, it is still controversial which fingerprints topology will leave in three dimensional systems. In...
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Abstract: The prediction and the subsequent experimental observation of new topological states of matter have created a whole new paradigm in condensed matter physics. Although a highly explored area, it is still controversial which fingerprints topology will leave in three dimensional systems. In this thesis, we grew single crystalline samples of a plethora of putative topological systems and studied them by means of transport, specific heat, magnetic, electron spin resonance and scanning tunneling microscopy/spectroscopy experiments. Our aim was to explore different techniques to complement the most traditional ones in the search of fingerprints of topological systems. Two different branches were explored to find those fingerprints. The first one is to look into the crystalline electrical field (CEF) effects, obtained through the magnetic properties of the systems. In this part, we first explored the half-Heuslers Y(Pd,Pt)Bi. We were able to verify experimentally, through scanning tunneling microscopy/spectroscopy, the proposed inversion between conduction and valence bands from the Pd compound to the Pt one. The second system explored was the proposed magnetic Weyl semimetals RAlX (R = La, Ce, Pr; X = Si, Ge). We were able to synthesize them by Al-flux grown and study the evolution from the CEF effects going from Si to Ge. We only observed any changes in the CEF effects for the Ce-based systems, which points out that the increase of hybridization is a key component for any changes in the CEF effects in those compounds. We show that the hybridization in Ce-based systems appears to play a much bigger role than previously thought. The second explored branch was to explore microscopically the relaxation of our probe in electron spin resonance (ESR). Particularly, we explored the Kondo insulator SmB6 and the nonsymmorphic antiferromagnet Eu5In2Sb6. For the SmB6 crystals, we made a minute substitution of Sm by Gd and showed that the Gd3+ ions act as a Kondo hole in this Kondo lattice. In the highly dilute regime, with a Gd3+ concentration of 200 parts per million, we were able to observe a clear signature of a relaxation through spin polarized surface states, which we explored with different tuning parameters. For the Eu5In2Sb6 systems, exotic quasiparticles known as magnetic polarons had a clear signature in the Eu2+ spin dynamics. We were also able to study in more details the intricate interplay of magnetic interactions in this system. Our thesis shows the possibility of finding topological fingerprints in the relaxation of our probe, which is reflected in the line shape and/or in the spin-spin relaxation, and in the crystalline electrical field effects due to the band inversion and/or hybridization of local moments. It opens a new route of exploring alternative techniques as smoking guns in the study of topological states of matter
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Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
Pagliuso, Pascoal José Giglio, 1971-
Orientador
Kopelevitch, Iakov Veniaminovitch, 1959-
Avaliador
Reis, Ricardo Donizeth dos, 1987-
Avaliador
Continentino, Mucio Amado
Avaliador
Bianchi, Andrea
Avaliador
Magnetic properties of nontrivial topological complex systems [recurso eletrônico] = Propriedades magnéticas de sistemas complexos com topologia não trivial
Jean Carlo Souza
Magnetic properties of nontrivial topological complex systems [recurso eletrônico] = Propriedades magnéticas de sistemas complexos com topologia não trivial
Jean Carlo Souza