The ferromagnetic behaviour of conducting polymers revisited

The magnetic properties of doped pellets of poly(3-methylthiophene) showing room temperature ferromagnetic behaviour have been discussed in a previous article. The magnetic behaviour was attributed to a weak ferromagnetic phase, due to the superexchange interaction of polarons via the dopant anions. The Dzialoshinsky-Morya interaction among canted spins was proposed to explain the ferromagnetism. In this article the main conclusions of that work concerning the magnetic behaviour are revised. The basic assumption now is that the magnetic moments are spin 1/2 polarons that can interact antiferromagnetically and/or ferromagnetically. In the small crystalline regions of the polymer, which are identified with the polymer portion that remains ferromagnetic at room temperature, the interaction gives rise to S = 0 and 1 bipolarons and the S = 1 triplet state is lower in energy. In the disordered region, disorder will prevent the complete S = 1 and 0 coupling and bands of polarons ferromagnetically and antiferromagnetically coupled will appear. Using this approach, all the magnetization data can be qualitatively explained, as well as the electron spin resonance data.

Uses of QCD sumrules (QCDSR) from different points of view

We support the idea that the baryon, B with mass MB, couples to its current with a coupling λ2 B ∼ 0.71 M6 B from an analysis of magnetic moment sum rules. And we find a sum rule among the experimental magnetic moments which is independent of the parameters of QCDSR. © 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Polaronic ferromagnetism in conducting polymers

Ferromagnetic behavior at room temperature is reported in metal-free-conducting polymer samples of poly(3-methylthiophene) doped with ClO 4 -. Magnetic moments associated with spin 1/2 positive polarons are possibly interacting through a Dzialoshinski-Moriya anisotropic superexchange via the dopant anions, giving rise to weak ferromagnetism. © 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

The gyromagnetic factor of elementary particles and non-minimal coupling

In this work we investigate a possible magnetic moment generation for massive neutral particles with spins-1 and -2 coupled non-minimally, in a specific way, to an external electromagnetic field. It is found that, in the nonrelativistic limit, these particles present g = 1. This result, worked out in the framework of Relativistic Quantum Mechanics, seems to suggest that g = 1 for all massive and neutral particles of any spin ≤ 2. We also compare with the results obtained for massive charged particles of spins-1 and -2, in the same regime (nonrelativistic), in order to investigate the role played by the spin separetely from the charge. Copyright © owned by the author(s) under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike Licence.

Efeitos estruturais e ópticos da incorporação de Mn em filmes nanocristalinos de 'GA IND.1-x'MN IND.XN' preparados por sputtering reativo

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Obtenção de espécies moleculares e supramoleculares a partir de reações de auto-montagem entre íons lantanídeos e moléculas orgânicas multilópicas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Síntese e funcionalização de superfícies de óxido de ferro superparamagnéticos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Configurações magnéticas colineares e não-colineares em currais de Fe, Cr e Mn sobre a Pt (111)

Neste trabalho investigamos as propriedades magnéticas de currais de Fe, Cr e Mn adsorvidos sobre a superfície de Pt(111) utilizando o método RS-LMTO-ASA (Real Space Linear Muffin Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation), o qual é um método de primeiros princípios baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT-Density Functional Theory), que permite o cálculo de estruturas magnéticas não-colineares. Obtivemos que os átomos de Fe apresentam momentos magnéticos elevados, da ordem de 3.5µB /átomo, e têm uma interação de troca entre primeiros vizinhos forte e ferro-magnética. Isto leva a um arranjo magnético colinear no curral. Para os currais de Mn e Cr encontramos que estes possuem elevado momento magnético, da ordem de 4.51µB /átomo e 4.15µB /átomo, respectivamente, e interações de troca entre primeiros vizinhos antiferro-magnéticas. Isto conduz a arranjos magnéticos colineares em currais simples, assim como interessantes ordenamentos não-colineares, tais como estruturas tipo vértice (skyrmions), para os currais com uma geometria particular onde o antiferromagnetismo se apresenta frustado.

Propriedades magnéticas de nanoestruturas de metais de transição 3d em superfícies de Pd

Motivados por estudos experimentais acerca de monocamadas de metais de transição 3d sobre superfícies de Pd, nesta dissertação investigamos o complexo magnetismo de nanoestruturas, embebidas ou adsorvidas, em superfícies metálicas através de cálculos de primeiros princípios. Utilizamos o método RS-LMTO-ASA (Real Space - Linear MuffinTin Orbital - Atomic Sphere Approximation), o qual é baseado na teoria do funcional da densidade (DFT - Density Functional Theory) e implementado para o cálculo de estruturas magnéticas não colineares. Com este propósito, investigamos nanoestruturas embebidas e ligas (2 x 2) de metais 3d (Cr, Mn, Fe, Co e Ni) na superfície Pd (110), além de nanoestruturas de Cr adsorvidas sobre a superfície de Pd (111). Primeiro, para as nanoestruturas embebidas na superfície Pd (110), analisamos a variação do momento magnético de spin orbital com relação ao número de vizinhos e de valência dos metais 3d. Também mostramos que estas estruturas têm ordenamento magnético colinear, exceto as de Cr e Mn, que apresentam magnetismo não colinear associado à frustração geométrica. Para o caso de nanofios de Cr adsorvidos sobre a superfície de Pd (111), verificamos uma configuração colinear antiferromagnética para cadeias com até 9 átomos. Para o nanofio com 10 átomos obtivemos uma configuração tipo antiferromagnética inclinada (canted). No caso de nanoestruturas de Cr bidimensionais, verificamos complexas configurações magnéticas não colineares com diferentes quiralidades.

Hybrid density functional study of small Rh-n (n=2-15) clusters

The physical properties of small rhodium clusters, Rh-n, have been in debate due to the shortcomings of density functional theory (DFT). To help in the solution of those problems, we obtained a set of putative lowest energy structures for small Rh-n (n = 2-15) clusters employing hybrid-DFT and the generalized gradient approximation (GGA). For n = 2-6, both hybrid and GGA functionals yield similar ground-state structures (compact), however, hybrid favors compact structures for n = 7-15, while GGA favors open structures based on simple cubic motifs. Thus, experimental results are crucial to indicate the correct ground-state structures, however, we found that a unique set of structures (compact or open) is unable to explain all available experimental data. For example, the GGA structures (open) yield total magnetic moments in excellent agreement with experimental data, while hybrid structures (compact) have larger magnetic moments compared with experiments due to the increased localization of the 4d states. Thus, we would conclude that GGA provides a better description of the Rh-n clusters, however, a recent experimental-theoretical study [ Harding et al., J. Chem. Phys. 133, 214304 (2010)] found that only compact structures are able to explain experimental vibrational data, while open structures cannot. Therefore, it indicates that the study of Rh-n clusters is a challenging problem and further experimental studies are required to help in the solution of this conundrum, as well as a better description of the exchange and correlation effects on the Rh n clusters using theoretical methods such as the quantum Monte Carlo method.

Evolution of a dense neutrino gas in matter and electromagnetic field

We describe the system of massive Weyl fields propagating in a background matter and interacting with an external electromagnetic field. The interaction with an electromagnetic field is due to the presence of anomalous magnetic moments. To canonically quantize this system first we develop the classical field theory treatment of Weyl spinors in frames of the Hamilton formalism which accounts for the external fields. Then, on the basis of the exact solution of the wave equation for a massive Weyl field in a background matter we obtain the effective Hamiltonian for the description of spin-flavor oscillations of Majorana neutrinos in matter and a magnetic field. Finally, we incorporate in our analysis the neutrino self-interaction which is essential when the neutrino density is sufficiently high. We also discuss the applicability of our results for the studies of collective effects in spin-flavor oscillations of supernova neutrinos in a dense matter and a strong magnetic field. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Platinum-Based Nanoalloys PtnTM55-n (TM=Co, Rh, Au): A Density Functional Theory Investigation

Structural and electronic properties of the PtnTM55-n (TM = Co, Rh, Au) nanoalloys are investigated using density functional theory within the generalized gradient approximation and employing the all-electron projected augmented wave method. For TM = Co and Rh, the excess energy, which measures the relative energy stability of the nanoalloys, is negative for all Pt compositions. We found that the excess energy has similar values for a wide range of Pt compositions, i.e., n = 20-42 and n = 28-42 for Co and Rh, respectively, with the core shell icosahedron-like configuration (n = 42) being slightly more stable for both Co and Rh systems because of the larger release of the strain energy due to the smaller atomic size of the Co and Rh atoms. For TM = Au, the excess energy is positive for all compositions, except for n = 13, which is energetically favorable due to the formation of the core-shell structure (Pt in the core and Au atoms at the surface). Thus, our calculations confirm that the formation of core-shell structures plays an important role to increase the stability of nanoalloys. The center of gravity of the occupied d-states changes almost linearly as a function of the Pt composition, and hence, based on the d-band model, the magnitude of the adsorption energy of an adsorbate can be tuned by changing the Pt composition. The magnetic moments of PtnCo55-n decrease almost linearly as a function of the Pt composition; however, the same does not hold for PtRh and PtAu. We found an enhancement of the magnetic moments of PtRh by a few times by increasing Pt composition, which we explain by the compression effects induced by the large size of the Pt atoms compared with the Rh atoms.

Exploring nu signals in dark matter detectors

We investigate standard and non-standard solar neutrino signals in direct dark matter detection experiments. It is well known that even without new physics, scattering of solar neutrinos on nuclei or electrons is an irreducible background for direct dark matter searches, once these experiments reach the ton scale. Here, we entertain the possibility that neutrino interactions are enhanced by new physics, such as new light force carriers (for instance a "dark photon") or neutrino magnetic moments. We consider models with only the three standard neutrino flavors, as well as scenarios with extra sterile neutrinos. We find that low-energy neutrino-electron and neutrino-nucleus scattering rates can be enhanced by several orders of magnitude, potentially enough to explain the event excesses observed in CoGeNT and CRESST. We also investigate temporal modulation in these neutrino signals, which can arise from geometric effects, oscillation physics, non-standard neutrino energy loss, and direction-dependent detection efficiencies. We emphasize that, in addition to providing potential explanations for existing signals, models featuring new physics in the neutrino sector can also be very relevant to future dark matter searches, where, on the one hand, they can be probed and constrained, but on the other hand, their signatures could also be confused with dark matter signals.

Messung des Landé-gJ-Faktors im Grundzustand von Ca + und Untersuchung des Speicherverhaltens von Elektronen in einem Penningkäfig

Ionenkäfige und speziell Penningfallen stellen sich in der Atomphysik als außergewöhnliche Werkzeuge heraus. Zum einen bieten diese 'Teilchencontainer' die Möglichkeit atomphysikalische Präzisionsmessungen durchzuführen und zum anderen stellen Penningfallen schwingungsfähige Systeme dar, in welchen nichtlineare dynamische Prozesse an gespeicherten Teilchen untersucht werden können. In einem ersten Teil der Arbeit wurde mit der in der Atomphysik bekannten Methode der optischen Mikrowellen-Doppelresonanz Spektroskopie der elektronische g-Faktor von Ca+ mit einer Genauigkeit von 4*10^{-8} zu gJ=2,00225664(9) bestimmt. g-Faktoren von Elektronen in gebundenen ionischen Systemen sind fundamentale Größen der Atomphysik, die Informationen über die atomare Wellenfunktion des zu untersuchenden Zustandes liefern. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde hinsichtlich der Untersuchungen zur nichtlinearen Dynamik von parametrisch angeregten gespeicherten Elektronen beobachtet, dass ab bestimmten kritischen Teilchendichten in der Penningfalle die gespeicherten Elektronen kollektive Eigenschaften manifestieren. Weiterhin wurde bei der Anregung der axialen Eigenbewegung ein Schwellenverhalten der gemessenen Subharmonischen zur 2*omega_z-Resonanz beobachtet. Dieser Schwelleneffekt lässt sich mit der Existenz eines Dämpfungsmechanismus erklären, der auf die Elektronenwolke einwirkt, so dass eine Mindestamplitude der Anregung erforderlich ist, um diese Dämpfung zu überwinden. Durch Bestimmung der charakteristischen Kurven der gedämpften Mathieuschen Differentialgleichung konnte das beobachtete Phänomen theoretisch verstanden werden.

Spin polarised Heusler compounds

In der vorliegenden Dissertation dient ein einfaches Konzept zur Systematisierung der Suche nach neuen Materialien mit hoher Spinpolarisation. Dieses Konzept basiert auf zwei semi-empirischen Modellen. Zum einen kann die Slater-Pauling Regel zur Abschätzung magnetischer Momente verwendet werden. Dieses Modell wird dabei durch Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Das zweites Modell kann insbesondere für die Co2YZ Heusler Verbindungen beim Vergleich ihrer magnetischen Eigenschaften gefunden werden. Für diese Verbindungen ergibt sich eine scheinbare lineare Abhängigkeit der Curie-Temperatur beim Auftragen als Funktion des magnetischen Momentes. Angeregt durch diese Modelle wurde die Heusler Verbindung Co2FeSi nochmals detailliert im Hinblick auf ihre geometrische und magnetische Struktur hin untersucht. Als Methoden dienten dabei die Pulver-Röntgenbeugung, die EXAFS Spektroskopie, Röntgen Absorptions- and Mößbauer Spektroskopie sowie Hoch- und Tieftemperatur Magnetometrie, XMCD and DSC. Die Messungen zeigten, dass es sich bei Co2FeSi um das Material mit dem höchsten magnetischen Moment (6 B) und der höchsten Curie Temperatur (1100 K) sowohl in der Klasse der Heusler Verbindungen als auch in der Klasse der halbmetallischen Ferromagnete handelt. Zusätzlich werden alle experimentellen Ergebnisse durch detaillierte Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Die gleichen Konzepte wurden verwendet, um die Eigenschaften der Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl vorherzusagen. Die elektronische Struktur und die spektroskopischen Eigenschaften wurden mit der voll-relativistischen Korringa-Kohn-Rostocker Methode berechnet, unter Verwendung kohärenter Potentialnäherungen um der zufälligen Verteilung von Cr und Fe Atomen sowie zufälliger Unordnung Rechnung zu tragen. Magnetische Effekte wurden durch die Verwendung Spin-abhängiger Potentiale im Rahmen der lokalen Spin-Dichte-Näherung mit eingeschlossen. Die strukturellen und chemischen Eigenschaften der quaternären Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl wurden an Pulver und Bulkproben gemessen. Die Fernordnung wurde mit der Pulver Röntgenbeugung und Neutronenbeugung untersucht, während die Nahordnung mit der EXAFS Spektroskopie aufgeklärt wurde. Die magnetische Struktur von Pulver und Bulkproben wurde mitttels 57Fe-Mößbauer Spektroskopie gemessen. Die chemische Zusammensetzung wurde durch XPS analysiert. Die Ergebnisse dieser Methoden wurden verglichen, um eine Einsicht in die Unterschiede zwischen Oberflächen und Volumeneigenschaften zu erlangen sowie in das Auftreten von Fehlordnung in solchen Verbindungen. Zusätzlich wurde XMCD an den L3,2 Kanten von Co, Fe, and Cr gemessen, um die elementspezifischen magnetischen Momente zu bestimmen. Rechnungen und Messungen zeigen dabei eine Zunahme des magnetischen Momentes bei steigendem Fe-Anteil. Resonante Photoemission mit weicher Röntgenstrahlung sowie Hochenergie Photoemission mit harter Röntgenstrahlung wurden verwendet, um die Zustandsdichte der besetzten Zustände in Co2Cr0.6Fe0.4Al zu untersuchen. Diese Arbeit stellt außerdem eine weitere, neue Verbindung aus der Klasse der Heusler Verbindungen vor. Co2CrIn ist L21 geordnet, wie Messungen mittels Pulver Röntgenbeugung zeigen. Die magnetischen Eigenschaften wurden mit magnetometrisch bestimmt. Co2CrIn ist weichmagnetisch mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1.2B bei 5 K. Im Gegensatz zu den bereits oben erwähnten Co2YZ Heusler Verbindungen ist Co2CrIn kein halbmetallischer Ferromagnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird weiterhin eine Regel zur Vorhersage von halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagneten in der Klasse der Heusler Verbindungen vorgestellt. Dieses Konzept resultiert aus der Kombination der Slater-Pauling Regel mit der Kübler-Regel. Die Kübler Regel besagt, dass Mn auf der Y Position zu einem hoch lokalisierten magnetischen Moment tendiert. Unter Verwendung dieses neuen Konzeptes werden für einige Kandidaten in der Klasse der Heusler Verbindungen die Eigenschaft des halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagnetismus vorhergesagt. Die Anwendung dieses Konzeptes wird anhand von Rechnungen zur elektronischen Struktur bestätigt.