Propriedades magnéticas e termodinâmicas de um modelo triangular de spin heisenberg para a molécula Cu3(OH)
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Universidade Federal de Lavras
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Programa de Pós-Graduação
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
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Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos do desesenvolvimento sustentável
Dados abertos
Resumo
O magnetismo é um dos campos de pesquisa mais importantes na Física Estatística e Física
da Matéria Condensada, o qual atrai a atenção de diversos físicos teóricos e experimentais.
Com o propósito de compreender as origens microscópicas das propriedades magnéticas, descobrir
novos fenômenos e novos materiais para o desenvolvimento de uma vasta diversidade
de aplicações tecnológicas, esse trabalho apresenta um estudo de sistemas de spins de baixa
dimensionalidade (modelos que descrevem com precisão uma classe de materiais magnéticos)
para investigar as propriedades termodinâmicas e magnéticas de uma estrutura triangular composta
por spin-1/2 Heisenberg que aborda características da molécula magnética Cu3(OH). A
investigação ocorreu através da diagonalização exata e análise do espectro de energia e dos diagramas
de fase do estado fundamental. Posteriormente, determinamos a função de partição do
modelo e, através dela, definimos as propriedades termodinâmicas e magnéticas do sistema, entre
as quais magnetização, suscetibilidade, entropia, calor específico e efeito magnetocalórico.
O modelo apresenta fase ferromagnética e ferrimagnética, além de apresentar degenerescência
para alguns conjuntos de parâmetros, devido essa degenerescência o modelo apresenta entropia
residual. O sistema possui magnetização diferente de zero em T = 0 e dois platôs de magnetização
devido à configuração dos spins. Encontramos picos duplos na curva do calor específico
indicando a competição entre os níveis de energia. Identificamos a presença de curvas isentrópicas
em campo nulo e na região próxima do campo crítico, onde ocorre a transição de fases.
Abstract
Magnetism is one of the most important research fields in Statistical Physics and Condensed
Matter Physics, which attracts the attention of many theoretical and experimental physicists. In
order to understand the microscopic origins of magnetic properties, discover new phenomena
and new materials for the development of a wide variety of technological applications, this
work presents a study of low-dimensional spin systems (models that accurately describe a class
of magnetic materials) to investigate the thermodynamic and magnetic properties of a triangular
structure composed of spin-1/2 Heisenberg that addresses characteristics of the magnetic
molecule Cu3(OH). The investigation took place through exact diagonalization and analysis
of the energy spectrum and ground state phase diagrams. Subsequently, we determine the model’s
partition function and, through it, define the thermodynamic and magnetic properties of
the system, including magnetization, susceptibility, entropy, specific heat and magnetocaloric
effect. The model presents ferromagnetic and ferrimagnetic phases, in addition to presenting
degeneracy for some sets of parameters, due to this degeneracy the model presents residual entropy.
The system has non-zero magnetization at T = 0 and two magnetization plateaus due
to the configuration of the spins. We found double peaks in the specific heat curve indicating
competition between energy levels. We identified the presence of isentropic curves in the null
field and in the region close to the critical field, where the phase transition occurs.
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SILVA, R. A. Propriedades magnéticas e termodinâmicas de um modelo triangular de spin heisenberg para a molécula Cu3(OH). 2023. 68 p. Dissertação (Mestrado em Física)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
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