Investigação do efeito magnetocalórico convencional e anisotrópico no sistema Er(1-y)Ho(y)N

O efeito magnetocalórico, base da refrigeração magnética, é caracterizado por duas quantidades: a variação isotérmica da entropia (ΔST) e a variação adiabática da temperatura (ΔTad) as quais podem ser obtidas sob variações na intensidade de um campo magnético aplicado. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética, pode‐se definir o efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é calculado através da variação na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade se mantém fixa. Nos materiais de nosso interesse, o efeito magnetocalórico é estudado teoricamente partindo de um hamiltoniano modelo que leva em conta a rede magnética (que pode ser composta por diversas sub-redes magnéticas acopladas), rede cristalina e a dinâmica dos elétrons de condução. No hamiltoniano magnético são consideradas as interações de troca, Zeeman e campo cristalino (esta ultima responsável pela anisotropia magnética). Recentemente, estudamos o efeito magnetocalórico convencional e o efeito magnetocalórico anisotrópico nos compostos mononitretos com terras-raras, a saber: Ho(y)Er(1-y)N para as concentrações y= 0,1,0.5 e 0.75. Comparações entre nossos resultados teóricos e os dados experimentais para o EMC foram bastante satisfatórias [3,9]. Além disso, diversas predições teóricas como a existência de uma fase ferrimagnética no sistema Ho(y)Er(1-y)N (para a concentração y=0.5) e reorientações de spin nas sub-redes do Ho e Er foram feitas [25].

Influência da reorientação de spin nas propriedades termomagnéticas dos compostos da série Ho1-yGdyAl2

Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais e termomagnéticas dos pseudobinários Ho1-yGdyAl2, através de abordagens experimentais e teóricas. A parte experimental envolveu a preparação de cinco amostras, com as concentrações y = 0, 0,25, 0,5, 0,75 e 1, assim como medidas de magnetização, calor especifico e da variação adiabática da temperatura. Na parte teórica usamos um hamiltoniano modelo que leva em consideração a interação dos íons com o campo magnético aplicado, com o campo elétrico cristalino e a troca entre os íons magnéticos. A entropia da rede foi considerada na aproximação de Debye e a entropia eletrônica na aproximação do gás de elétrons livres. A influência das reorientações de spin, espontâneas e induzidas pelo campo magnético, na magnetização e no calor especifico foram investigadas sistematicamente tanto a partir de dados experimentais quanto teoricamente. Também obtemos resultados teóricos para a variação de entropia e variação adiabática da temperatura alterando a intensidade ou a direção do campo magnético.

Efeitos magnetocalórico e barocalórico em compostos com transição de fase de primeira ordem

Nesta tese discutimos sistematicamente os efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos com transição de fase magnética de primeira e de segunda ordem em sistemas físicos cujo magnetismo tem carater local. Para essa finalidade, utilizamos um modelo de momentos magnéticos locais interagentes, incluindo um termo de acoplamento magnetoelástico. Nossos cálculos mostram que a relação entre a interação de troca e o acoplamento magnetoelástico é responsável pela ordem da transição de fase e pelo aparecimento da histerese térmica e magnética. Os resultados mostram que as grandezas magnetocalóricas exibem grandes valores quando o sistema sofre uma transição de fase de primeira ordem. Além disso, quando existe uma histerese visível as grandezas magnetocalóricas dependem do processo de aquecimento e resfriamento do sistema. Ainda de acordo com nossos resultados, existe um efeito barocalórico normal (sistema aquece sob aumento de pressão) quando a pressão aplicada aumenta a temperatura de ordenamento magnético sem alterar a ordem da transição de fase magnética. O efeito barocalórico inverso (sistema resfria sob aumento de pressão) ocorre quando a pressão aplicada diminui a temperatura crítica sem mudar a ordem da transição de fase. Nossos cálculos mostram, ainda, que um efeito barocalórico anômalo (mudança de sinal nas grandezas barocalóricas) ocorre em casos especiais onde a pressão aplicada muda a natureza da transição de fase magnética do primeira para segunda ordem e vice-versa.

Localização eletrônica de sistemas aperiódicos em uma dimensão

Desde a descoberta do estado quasicristalino por Daniel Shechtman et al. em 1984 e da fabricação por Roberto Merlin et al. de uma superrede artificial de GaAs/ AlAs em 1985 com características da sequência de Fibonacci, um grande número de trabalhos teóricos e experimentais tem relatado uma variedade de propriedades interessantes no comportamento de sistemas aperiódicos. Do ponto de vista teórico, é bem sabido que a cadeia de Fibonacci em uma dimensão se constitui em um protótipo de sucesso para a descrição do estado quasicristalino de um sólido. Dependendo da regra de inflação, diferentes tipos de estruturas aperiódicas podem ser obtidas. Esta diversidade originou as chamadas regras metálicas e devido à possibilidade de tratamento analítico rigoroso este modelo tem sido amplamente estudado. Neste trabalho, propriedades de localização em uma dimensão são analisadas considerando-se um conjunto de regras metálicas e o modelo de ligações fortes de banda única. Considerando-se o Hamiltoniano de ligações fortes com um orbital por sítio obtemos um conjunto de transformações relativas aos parâmetros de dizimação, o que nos permitiu calcular as densidades de estados (DOS) para todas as configurações estudadas. O estudo detalhado da densidade de estados integrada (IDOS) para estes casos, mostra o surgimento de plateaux na curva do número de ocupação explicitando o aparecimento da chamada escada do diabo" e também o caráter fractal destas estruturas. Estudando o comportamento da variação da energia em função da variação da energia de hopping, construímos padrões do tipo borboletas de Hofstadter, que simulam o efeito de um campo magnético atuando sobre o sistema. A natureza eletrônica dos auto estados é analisada a partir do expoente de Lyapunov (γ), que está relacionado com a evolução da função de onda eletrônica ao longo da cadeia unidimensional. O expoente de Lyapunov está relacionado com o inverso do comprimento de localização (ξ= 1 /γ), sendo nulo para os estados estendidos e positivo para estados localizados. Isto define claramente as posições dos principais gaps de energia do sistema. Desta forma, foi possível analisar o comportamento autossimilar de cadeias com diferentes regras de formação. Analisando-se o espectro de energia em função do número de geração de cadeias que seguem as regras de ouro e prata foi feito, obtemos conjuntos do tipo-Cantor, que nos permitiu estudar o perfil do calor específico de uma cadeia e Fibonacci unidimensional para diversas gerações

Modelo de Ginzburg-Landau a partir da teoria de campos a temperatura finita

Neste trabalho, utilizamos o formalismo de teorias quânticas de campos a temperatura finita, tal como desenvolvidas por Matsubara, aplicado a uma hamiltoniana de N campos escalares com autointeração quártica a N grande. Obtém-se uma expressão, na primeira aproximação quântica, para o coeficiente do termo quadrático da hamiltoniana ("massa quadrada"), renormalizado, como função da temperatura. A partir dela, estudamos o processo de quebra espontânea de simetria. Por outro lado, a mesma hamiltoniana é conhecida como modelo de Ginzburg-Landau na literatura de matéria condensada, e que permite o estudo de transições de fase em materiais ferromagnéticos. A temperatura é introduzida através do termo quadrático na hamiltoniana, de forma linear: é proporcional à diferença entre a variável de temperatura e a temperatura crítica. Tal modelo, porém, possui validade apenas na regi~ao de temperaturas próximas à criticalidade. Como resultado de nossos cálculos na teoria de campos a temperatura finita, observamos que, numa faixa de valores em torno da temperatura crítica, a massa quadrática pode ser aproximada por uma relação linear em relação à variável de temperatura. Isso evidencia a compatibilidade da abordagem de Ginzburg-Landau, na vizinhança da criticalidade, com respeito ao formalismo de campos a temperatura finita. Discutimos também os efeitos causados pela presença de um potencial químico no sistema.

O efeito magnetocalórico na série Gd(1-y)Pr(y)Ni2

Em geral, o efeito magnetocalórico (EMC) é caracterizado pela variação adiabática da temperatura (ΔTad) e a variação isotérmica da entropia (ΔST) sob variações do campo magnético. Devido as aplicações tecnológicas do EMC na refrigeração magnética, que não apresentam efeitos perigosos para o meio ambiente e tem o potencial para reduzir o consumo de energia, os estudos sobre o EMC tem crescido ao longo dos anos . Neste trabalho, estudamos as propriedades magnéticas e magnetocalóricos da série Gd (1-Y) Pr (Y) Ni2 com Y = 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1 A série dos compostos RNi2 compostos cristalizam na fase de Laves cúbico C15, o que torna o Campo Elétrico Cristalino cúbico um quadro adequado para descrever a anisotropia magnética sobre estes compostos . Além do modelo hamiltoniano inclui contribuições do efeito Zeeman e as interações de troca indireta entre Gd-Gd, Gd-Pr e íons Pr-Pr. Vale a pena notar que o GdNi2 apresenta um arranjo ferromagnético com temperatura de transição de cerca de 78 K e o composto PrNi2 é paramagnético. Os potenciais magnetocalóricos foram calculados e comparados com os dados experimentais. Além disso, investigamos a influência da direção do campo magnético sobre as quantidades magnéticas e no EMC investigada.

Low field electron emission from nanoclustered carbon grown by cathodic arc

Nanocluster carbon films grown using a cathodic arc process at room temperature in the presence of background gases such as helium are found to be good electron emitters. The variation in the surface morphology and the corresponding emission characteristics of the films with change in helium partial pressure (5×10-4 to 50 Torr) during film growth are reported. The effect of helium partial pressure on clustering was studied for films grown at nitrogen partial pressures of 10-4 and 10-3 Torr. The surface morphology of the films varied from smooth through clusters (with sizes 50-200 nm) to fibrous films. The threshold field varied from 1 to 10 V/μm for an emission current density 1 μA/cm2.

Hydrogenated amorphous silicon and silicon nitride deposited at less than 100° C by ECR-PECVD for thin film transistors

A systematic study has been made of the growth of both hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and silicon nitride (a-SiN) by electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapour deposition (ECR-PECVD). In the case of a-SiN, helium and nitrogen gas is injected into the system such that it passes through the resonance zone. These highly ionised gases provide sufficient energy to ionise the silane gas, which is injected further downstream. It is demonstrated that a gas phase reaction occurs between the silane and nitrogen species. It is control of the ratio of silane to nitrogen in the plasma which is critical for the production of stoichiometric a-SiN. Material has been produced at 80°C with a Si:N ratio of 1:1.3 a breakdown strength of ∼6 MV cm-1 and resistivity of > 1014 Ω cm. In the case of a-Si:H, helium and hydrogen gas is injected into the ECR zone and silane is injected downstream. It is shown that control of the gas phase reactions is critical in this process also. a-Si:H has been deposited at 80 °C with a dark conductivity of 10-11 Ω-1 cm-1 and a photosensitivity of justbelowl 4×104. Such materials are suitable for use in thin film transistors on plastic substrates.

Recent developments of the Laser-assisted Cold Spray process and deposit characterisation

Laser-assisted Cold Spray (LCS) is a new coating and fabrication process which combines the supersonic powder beam found in Cold Spray (CS) with laser heating of the deposition zone. LCS retains the advantages of CS; solid-state deposition, high build rate and the ability to deposit onto a range of substrates, while reducing operating costs by removing the need to use gas heating and helium as the process gas. Recent improvements in powder delivery and laser energy coupling to workpiece have been undertaken to improve deposition efficiency (DE) and build rate, while real-time temperature logging allows greater management of deposition conditions and deposit characteristics.

Applications of the dynamic mode decomposition

The decomposition of experimental data into dynamic modes using a data-based algorithm is applied to Schlieren snapshots of a helium jet and to time-resolved PIV-measurements of an unforced and harmonically forced jet. The algorithm relies on the reconstruction of a low-dimensional inter-snapshot map from the available flow field data. The spectral decomposition of this map results in an eigenvalue and eigenvector representation (referred to as dynamic modes) of the underlying fluid behavior contained in the processed flow fields. This dynamic mode decomposition allows the breakdown of a fluid process into dynamically revelant and coherent structures and thus aids in the characterization and quantification of physical mechanisms in fluid flow. © 2010 Springer-Verlag.

Powder stream characteristics in cold spray nozzles

The exponential increase of industrial demand in the past two decades has led scientists to the development of alternative technologies for the fast manufacturing of engineering components, aside from standard and time consuming techniques such as casting or forging.Cold Spray (CS) is a newly developed manufacturing technique, based upon the deposition of metal powder on a substrate due to high energy particle impacts. In this process, the powder is accelerated up to considerable speed in a converging-diverging nozzle, typically using air, nitrogen or helium as a carrier gas. Recent developments have demonstrated significant process capabilities, from the building of mold-free 3D shapes made of various metals, to low porosity and corrosion resistant titanium coatings.In CS, the particle stream characteristics during the acceleration process are important in relation to the final geometry of the coating. Experimental studies have shown the tendency of particles to spread over the nozzle acceleration channel, resulting in a wide exit stream and in the difficulty of producing narrow tracks.This paper presents an investigation on the powder stream characteristics in CS supersonic nozzles. The powder insertion location was varied within the carrier gas flow, along with the geometry of the powder injector, in order to identify their relation with particle trajectories. Computational Fluid Dynamics (CFD) results by Fluent v6.3.26 are presented, along with experimental observations. Different configurations were tested and modeled, giving deposited track geometries of copper and tin ranging from 1. mm to 8. mm in width on metal and polymer substrates. © 2011 Elsevier B.V.

Thermal plasma synthesis of superparamagnetic iron oxide nanoparticles

Superparamagnetic iron oxide nanoparticles were synthesized by injecting ferrocene vapor and oxygen into an argon/helium DC thermal plasma. Size distributions of particles in the reactor exhaust were measured online using an aerosol extraction probe interfaced to a scanning mobility particle sizer, and particles were collected on transmission electron microscopy (TEM) grids and glass fiber filters for off-line characterization. The morphology, chemical and phase composition of the nanoparticles were characterized using TEM and X-ray diffraction, and the magnetic properties of the particles were analyzed with a vibrating sample magnetometer and a magnetic property measurement system. Aerosol at the reactor exhaust consisted of both single nanocrystals and small agglomerates, with a modal mobility diameter of 8-9 nm. Powder synthesized with optimum oxygen flow rate consisted primarily of magnetite (Fe 3O 4), and had a room-temperature saturation magnetization of 40.15 emu/g, with a coercivity and remanence of 26 Oe and 1.5 emu/g, respectively. © Springer Science+Business Media, LLC 2011.

On the photoluminescence of a-C:H films

a-C:H films deposited from methane and helium mixture in a capacitively coupled rf plasma were found to show photoluminescence (PL) with peak intensities at energies far above the Taue gap of these films. Apart from the PL the films were investigated with respect to their IR and UV/VIS absorption properties as well as their Raman spectra were examined. The ultraviolet (UV) and blue luminescence from hard a-C:H thin films are explained by incorporation of polycyclic hydrocarbons from gas-phase reactions in the methane helium plasma into the film.

Spontaneous emission from radiative chiral nematic liquid crystals at the photonic band-gap edge: An investigation into the role of the density of photon states near resonance

In this article, we investigate the spontaneous emission properties of radiating molecules embedded in a chiral nematic liquid crystal, under the assumption that the electronic transition frequency is close to the photonic edge mode of the structure, i.e., at resonance. We take into account the transition broadening and the decay of electromagnetic field modes supported by the so-called "mirrorless"cavity. We employ the Jaynes-Cummings Hamiltonian to describe the electron interaction with the electromagnetic field, focusing on the mode with the diffracting polarization in the chiral nematic layer. As known in these structures, the density of photon states, calculated via the Wigner method, has distinct peaks on either side of the photonic band gap, which manifests itself as a considerable modification of the emission spectrum. We demonstrate that, near resonance, there are notable differences between the behavior of the density of states and the spontaneous emission profile of these structures. In addition, we examine in some detail the case of the logarithmic peak exhibited in the density of states in two-dimensional photonic structures and obtain analytic relations for the Lamb shift and the broadening of the atomic transition in the emission spectrum. The dynamical behavior of the atom-field system is described by a system of two first-order differential equations, solved using the Green's-function method and the Fourier transform. The emission spectra are then calculated and compared with experimental data. © 2013 American Physical Society.

Spontaneous emission from radiative chiral nematic liquid crystals at the photonic band-gap edge: an investigation into the role of the density of photon states near resonance.

In this article, we investigate the spontaneous emission properties of radiating molecules embedded in a chiral nematic liquid crystal, under the assumption that the electronic transition frequency is close to the photonic edge mode of the structure, i.e., at resonance. We take into account the transition broadening and the decay of electromagnetic field modes supported by the so-called "mirrorless"cavity. We employ the Jaynes-Cummings Hamiltonian to describe the electron interaction with the electromagnetic field, focusing on the mode with the diffracting polarization in the chiral nematic layer. As known in these structures, the density of photon states, calculated via the Wigner method, has distinct peaks on either side of the photonic band gap, which manifests itself as a considerable modification of the emission spectrum. We demonstrate that, near resonance, there are notable differences between the behavior of the density of states and the spontaneous emission profile of these structures. In addition, we examine in some detail the case of the logarithmic peak exhibited in the density of states in two-dimensional photonic structures and obtain analytic relations for the Lamb shift and the broadening of the atomic transition in the emission spectrum. The dynamical behavior of the atom-field system is described by a system of two first-order differential equations, solved using the Green's-function method and the Fourier transform. The emission spectra are then calculated and compared with experimental data.