Phonon softening in Ni-Mn-Ga alloys

The TA2 phonon dispersion curves of Ni-Mn-Ga alloys with different compositions which transform to different martensitic structures have been measured over a broad temperature range covering both paramagnetic and ferromagnetic phases. The branches show an anomaly (dip) at a wave number that depends on the particular martensitic structure, and there is softening of these anomalous phonons with decreasing temperature. This softening is enhanced below the Curie point, as a consequence of spin-phonon coupling. This effect is stronger for systems with higher electronic concentration.

Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.

Estudo experimental e teórico das propriedades magnéticas e supercondutoras dos compostos borocarbetos da série Y(Ni 1-x Mn x) 2 B2 C com x = 0,0, 0,01, 0,025, 0,05, 0,10 e 0,15

Apresentamos neste trabalho os resultados de um estudo experimental e teórico dos compostos borocarbetos supercondutores da série Y(Ni1-xMnx)2B2C com x = 0; 0,01; 0,025; 0,05; 0,10; 0,15. A principal motivação para este trabalho foi investigar a estrutura eletrônica e a possível formação do momento magnético sobre os átomos de impureza de Mn nos compostos Y(Ni1- xMnx)2B2C. O aparecimento do momento magnético localizado no sítio da impureza possibilitou estudar a influência do Mn sobre o mecanismo de quebra de pares supercondutores e sobre as propriedades magnéticas do composto. Os borocarbetos são compostos de estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado e altamente anisotrópicos (c/a~3). São intermetálicos de alta temperatura crítica supercondutora Tc, com forte acoplamento elétron-fonon. Em alguns casos podem apresentar ordem magnética, supercondutividade e também coexistência ou competição energética entre ambos. As medidas de transporte eletrônico, em função da temperatura, foram feitas utilizando-se um detector síncroton baseado na técnica de quatro pontos operando na faixa de 4,2K até 300K. Essas medidas possibilitaram o estudo das propriedades relacionadas ao transporte eletrônico na fase supercondutora. Na fase normal, extraiu-se a dependência em energia da função espectral de fonons α² F (ω) para alguns compostos da série estudada. As medidas magnéticas em função da temperatura e do campo magnético foram feitas utilizando-se um SQUID (Superconducting Quantun Interference Device – Quantun Design Model MPMS XL). Tais medidas permitiram a caracterização das propriedades magnéticas de nossas amostras. Em particular determinou-se o valor, em regime de saturação, do momento magnético associado ao sítio cristalino do Mn. Foram determinadas também as correntes críticas supercondutoras usando o Modelo de estado crítico de Bean e a variação da temperatura crítica supercondutora (Tc) com a mudança do campo externo aplicado. As medidas magnéticas permitiram a obtenção do diagrama que relaciona o campo crítico inferior (HC1) e a temperatura, variando-se a concentração do átomo dopante de manganês. Foi feito um esforço teórico no sentido de interpretar os resultados experimentais. Para isso foram usados três modelos: O modelo de estado crítico de Bean já citado acima e um modelo baseado na fórmula de Ziman usando uma aproximação para a função espectral de fonons para descrever a resistividade no regime de alta temperatura. Além disto, usou-se o modelo de duas sub-redes para a descrição do momento magnético das impurezas de Mn, em função da concentração, na série Y(Ni ) ( 2 ω α F 1-xMnx)2B2C.

Excitações em cristais fotônicos unidimensionais

In this work, we present a theoretical study of the propagation of electromagnetic waves in multilayer structures called Photonic Crystals. For this purpose, we investigate the phonon-polariton band gaps in periodic and quasi-periodic (Fibonacci-type) multilayers made up of both positive and negative refractive index materials in the terahertz (THz) region. The behavior of the polaritonic band gaps as a function of the multilayer period is investigated systematically. We use a theoretical model based on the formalism of transfer matrix in order to simplify the algebra involved in obtaining the dispersion relation of phonon-polaritons (bulk and surface modes). We also present a quantitative analysis of the results, pointing out the distribution of the allowed polaritonic bandwidths for high Fibonacci generations, which gives good insight about their localization and power laws. We calculate the emittance spectrum of the electromagnetic radiation, in THZ frequency, normally and obliquely incident (s and p polarized modes) on a one-dimensional multilayer structure composed of positive and negative refractive index materials organized periodically and quasi-periodically. We model the negative refractive index material by a effective medium whose electric permittivity is characterized by a phonon-polariton frequency dependent dielectric function, while for the magnetic permeability we have a Drude like frequency-dependent function. Similarity to the one-dimensional photonic crystal, this layered effective medium, called polaritonic Crystals, allow us the control of the electromagnetic propagation, generating regions named polaritonic bandgap. The emittance spectra are determined by means of a well known theoretical model based on Kirchoff s second law, together with a transfer matrix formalism. Our results shows that the omnidirectional band gaps will appear in the THz regime, in a well defined interval, that are independent of polarization in periodic case as well as in quasiperiodic case

Sistemas Nanoestruturados: Heteroestruturas Quasi-Periódicas de Nitretos e Cálculos Ab initio em Polimorfos CaCO3

The physical properties and the excitations spectrum in oxides and semiconductors materials are presented in this work, whose the first part presents a study on the confinement of optical phonons in artificial systems based on III-V nitrides, grown in periodic and quasiperiodic forms. The second part of this work describes the Ab initio calculations which were carried out to obtain the optoeletronic properties of Calcium Oxide (CaO) and Calcium Carbonate (CaCO3) crystals. For periodic and quasi-periodic superlattices, we present some dynamical properties related to confined optical phonons (bulk and surface), obtained through simple theories, such as the dielectric continuous model, and using techniques such as the transfer-matrix method. The localization character of confined optical phonon modes, the magnitude of the bands in the spectrum and the power laws of these structures are presented as functions of the generation number of sequence. The ab initio calculations have been carried out using the CASTEP software (Cambridge Total Sequential Energy Package), and they were based on ultrasoft-like pseudopotentials and Density Functional Theory (DFT). Two di®erent geometry optimizations have been e®ectuated for CaO crystals and CaCO3 polymorphs, according to LDA (local density approximation) and GGA (generalized gradient approximation) approaches, determining several properties, e. g. lattice parameters, bond length, electrons density, energy band structures, electrons density of states, e®ective masses and optical properties, such as dielectric constant, absorption, re°ectivity, conductivity and refractive index. Those results were employed to investigate the confinement of excitons in spherical Si@CaCO3 and CaCO3@SiO2 quantum dots and in calcium carbonate nanoparticles, and were also employed in investigations of the photoluminescence spectra of CaCO3 crystal